indrumator de proiectare cazan
Post on 28-Nov-2015
499 Views
Preview:
TRANSCRIPT
UNIVERSITATEA TEHNICA DE CONSTRUCTII BUCURESTI
FACULTATEA DE INSTALATII
Conf.dr.ing. STANESCU PAUL-DAN Conf.dr.ing. ANTONESCU N. N.
Asist.ing. POPESCU (OLEA) LELIA LETITIA
INDRUMATOR DE PROIECTARE
CAZANE
CONSPRESS %8&85(ù7, 2006
UNIVERSITATEA TEHNICA DE CONSTRUCTII BUCURESTI
FACULTATEA DE INSTALATII
Conf.dr.ing. STANESCU PAUL-DAN Conf.dr.ing. ANTONESCU N. N.
Asist.ing. POPESCU (OLEA) LELIA LETITIA
INDRUMATOR DE PROIECTARE
CAZANE
In memoria domnului profesor doctor inginer Vasile CALUIANU
CONSPRESS %8&85(ù7, 2006
3
CUPRINS
1. CALCULUL ARDERII COMBUSTIBILULUI ......................................... 5
1.1. Calculul arderii combustibilului gazos ..................................................... 5
1.2. Calculul arderii combustibilului lichid sau solid ....................................... 8
1.3. Diagrama I – t ............................................................................................ 10
1.4. Diagrama cp – t .......................................................................................... 12
2. %,/$1�8/�7(50,&�$/�&AZANELOR ................................................. 17
2.1. Randamentul termic al cazanului .............................................................. 18
2.2. Consumul de combustibil .......................................................................... 24
2.3. %LODQ XO�GH�DQVDPEOX�DO�FD]DQXOXL�............................................................. 25
2.4. %LODQ XO�JUDILF�DO�FD]DQXOXL ....................................................................... 28
2.5. %LODQ XO�SDU LDO�SH�elemente al cazanului - stabilirea temperaturilor
úL�HQWDOSLLORU�JD]HORU�GH�DUGHUH�SH�WUDVHX� ................................................. 28
3. CALCULUL TERMIC AL CAZANELOR
'(�$3��&$/'��6$8�),(RBINTE ............................................................ 35
3.1. Calculul termic al cazanelor ignitubulare cu întoarcerea gazelor de
ardere în focar ............................................................................................ 35
3.2. Calculul termic al cazanelor ignitubulare cX�SLHV��GH�vQWRDUFHUH�D� gazelor de ardere în focar ........................................................................... 46
3.3. Calculul termic al cazanelor acvatubulare din elemente cu
vQWRDUFHUHD�JD]HORU�GH�DUGHUH�vQ�IRFDU�úL�XQ�GUXP�Fonvectiv ................... 62
3.4. Calculul termic al cazanelor acvatubulare din elemente cu
GRX��GUXPXUL�FRQYHFWLYH�........................................................................... 75
3.5. Calculul termic al cazanelor acvatubulare cu baterie�GH� HYL�QHUYXUDWH
�úL�DU]�WRU�DWPRVIHULF�SHQWUX�FRPEXVWLELO�JD]RV�– „cazan mural”............... 89
3.6. Calculul termic al cazanelor acvatubulare verticale cu fascicol
GH� HYL�úL�DU]�WRU�DWPRVIHULF�SHQWUX�FRPEXVWLELO�JD]RV�............................. 110
3.7. Calculul termic al cazanelor ignitubulare verticale
�FX�XQ�GUXP�úL�DU]�WRU�DWPRVIHULF�SHQWUX�FRPEXVWLELO�JD]RV�...................... 123
3.8. &D]DQH�DFYDWXEXODUH�GH�DS��ILHUELQWH�GH�WLS�&$) ...................................... 138
4. CALCULUL TERMIC AL CAZANELOR DE ABUR ............................... 151
4.1. Calculul termic al cazanului ABA (Agregat Bloc Abur) ........................... 151
4.2. &DOFXOXO�WHUPLF�DO�FD]DQXOXL�FX� HYL�FX�LQFOLQDUH�PDUH��WLS�&5� ................ 170
5. CALCULUL TERMIC AL CAZANELOR CU CONDENSATIE .............. 193
5.1. 'HVFULHUHD�FD]DQXOXL��HOHPHQWH�FRPSRQHQWH��PRG�GH�IXQF LRQDUH�............ 193
5.2. Tema de proiectare .................................................................................... 198
5.3. &DOFXOXO�UDQGDPHQWXOXL�WHUPLF�DO�FD]DQXOXL�úL�D�GHELWXOXL�GH�FRPEXVWLELO. 199
5.4. Calculul termic al cazanului ..................................................................... 200
4
6. CALCULUL TERMIC AL CAZANELOR
)81&�,21Æ1'�&8�$5'(5($�/(018/8,�35,1 GAZEIFICARE
�$5'(5(�,19(56�� ................................................................................ 219
6.1. Analiza constructiv-IXQF LRQDO��D�FD]DQHOor cu
combistibil solid – lemne .......................................................................... 219
6.2. 6ROX LD�FRQVWUXFWLYý���HOHPHQWH�FRPSRQHQWH��PRG�GH�IXQF LRQDUH��������.... 225
6.3. Tema de calcul de verificare ................................................................... 226
6.4. &DOFXOXO�UDQGDPHQWXOXL�WHUPLF�DO�FD]DQXOXL�úL�D�Gebitului
de combustibil ......................................................................................... 226
7. &$/&8/8/�+,'5$8/,&��*$=2',1$0,&��ù,�$/�,167$/$�,(,� DE EVACUARE A GAZELOR DE ARDERE ........................................ 239
7.1. &DOFXOXO�SLHUGHULORU�KLGUDXOLFH�GH�VDUFLQ� ................................................ 239
7.2. &DOFXOXO�SDUDPHWULORU�GH�ED]��DL�LQVWDOD LHL�GH�DOLPHQWDUH�FX�DHU� de ardere ................................................................................................. 247
7.3. &DOFXOXO�SDUDPHWULORU�GH�ED]��DL�LQVWDOD LHL�GH�WLUDM ................................. 249
7.4. &DOFXOXO�SDUDPHWULORU�GH�ED]��DL�LQVWDOD LHL�GH�LQVXIODUH� la cazanele cu ardere sub presiune .......................................................... 253
���&$/&8/8/�'(�5(=,67(1���$/�&$=$1(/25 .................................. 254
8.1. Date generale ........................................................................................... 254
8.2. 0DWHULDOH�IRORVLWH�SHQWUX�H[HFX ia elementelor metalice ale cazanelor ... 254
8.3. &DOFXOXO�JURVLPLL�SHUH LORU�FRUSXULORU�FLOLQGULFH ..................................... 257
8.4. &DOFXOXO�JURVLPLL�SHUH LORU�WXEXULORU�GH�IODF�U� ....................................... 260
8.5. &DOFXOXO�IXQGXULORU�úL�al capacelor .......................................................... 262
8.6. &DOFXOXO�SO�FLORU�WXEXODUH ........................................................................ 263
1. CALCULUL ARDERII COMBUSTIBILULUI
5
CAPITOLUL 1
CALCULUL ARDERII COMBUSTIBILULUI
Prin tema de proiect VH� G�� FRPSR]L LD� FRPEXVWLELOXOXL� SULQ� FRmponentele constitutive, masice sau volumice��IXQF LH�GH�WLSXO�FRPEXVWLELOXOXL�XWLOL]DW. In cazul combustibilului gazos componentele se exprLP�� vQ� SDUWLFLSD LL�volumice iar în cazul combustibilului lichid sau solid componentele se H[SULP� în SDUWLFLSD LL�PDVLFH. In cazul calculelor de proiectare, dimensionare, utilizându-se Sistemul ,QWHUQD LRQDO�GH�XQLW� L�GH�P�VXU���VH�FRQVLGHU��F��Drderea are loc în�FRQGL LL�QRUPDOH�fizice: 013,1p0 = �EDU��úL� 15,273T0 = K. În FD]XO� HYDOX�ULL� SDUDPHWULORU� GH� IXF LRQDUH� Di cazanelor încercate, pentru XúXUDUHD� FDOFXOHORU�� 6Wandardele Europene DGPLW� úL� FRQGL LLOH� WHKQLFH� GH� DUGHUH��
013,1p0 = bar �úL� 15,288T0 = K (150C) .
1.1. Calculul arderii combustibilului gazos Calculul arderii combustibilului gazos sH� UHIHU�� OD� DUGHUHD� XQLW� LL� GH� YROXP
(1 3Nm )�GH�JD]�vQ�FRQGL LL�QRUPDOe fizice.
Se GHWHUPLQ�: a) Volumul teoretic de aer necesar arderii stoichiometrice ( 0V ) (teoretice, I�U��
exces de aer) a unui metru cub normal de combustibil :
−
++++= ∑ 2220 4
5,15,05,00476,0 OHCn
mSHHCOV nm [ 3Nm / 3
Nm ] (1.1)
Elementele componente ale combustibilului se introduc în UHOD LH cu valorile
procentuale, iar ” nmHC ”�UHSUH]LQW��exSUHVLD�JHQHUDO��D�KLGURFDUEXULORU�FRPSRQHQWH.
b) Componentele gazelor de ardere pentru arderea stoichiometULF� �WHRUHWLF���I�U��H[FHV�GH�DHU)
Volumul de bioxid de carbon:
[ ]∑++= nmCOHmCCOCOV 201,0
2 [ 3
Nm / 3Nm ] (1.2)
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
6
Volumul de bioxid de sulf din gazele de ardere:
[ ]SHVSO 201,02
= [ 3Nm / 3
Nm ] (1.3)
Volumul gazelor triatomice CO2� úL� 622 din gazele de ardere VH� QRWHD]�� FX�
2ROV :
2ROV =
2COV + 2SOV [ 3
Nm / 3Nm ] (1.4)
Volumul de azot din gazele de ardere:
100
79,0 202
NVVN += [ 3
Nm / 3Nm ] (1.5)
9ROXPXO�GH�YDSRUL�GH�DS� din gazele de ardere:
[ ]∑ +++= 022 016,02
01,02
VHCn
SHHV nmOH [ 3Nm / 3
Nm ] (1.6)
Volumul teoretic de gaze de ardere f�U��H[FHV�GH�DHU��( 1=α )
Vg0 = 2ROV + 2NV + OHV2
[ 3Nm / 3
Nm ] (1.7)
In cazul proceselor tehnice de ardere, specifice cazanelor, SHQWUX�D�VH�RE LQH�Fât PDL�SX LQH�SURGXVH�GH�DUGHUH�LQFRPSOHW��vQ�JD]HOH�GH�DUGHUH��VH�XWLOL]HD]��DPHVWHFXUL�combustibile cu aer în exces��$VWIHO��GDF��VH�QRWHD]��FX�´α” coeficientul de exces de aer ca fiind raportul dintre aerul efectiv de ardere (Va ) úL cel teoretic necesar arderii XQLW� LL�GH�FRPEXVWLELO� �90), sH�SRDWH�VSXQH�F��YDORULOH�X]XDOH�DOH�FRHILQFLHQWXOXL�GH�exces de aer în focar sunt: 1,105,1 ÷=α pentru focare cu ardere intensificaW�� 15,11,1 ÷=α pentru focare��FX�DUGHUH�QRUPDO�� /D� FD]DQHOH� � IXQF LRQkQG� FX� GUXPXULOH� GH� JD]H�de ardere în depresiune, prin S�WUXQGHULOH�GH�DHU�IDOV�VH�RE LQ valori ale coeficientului de exces de aer OD�FRú�de 1,3 ÷ 1,4. La cazanele fuQF LRQkQG�FX�GUXPXULOH�GH�JD]H� vQ� VXSUDSUHVLXQH��QX mai apar S�WUXQGHUL� GH� DHU� IDOV� úL� GHFL� H[FHVXO� GH� DHU� GLQ� IRFDU� VH�PHQ LQH� la aceeaúL�valoare SkQ��OD�FRú�
- Calculul arderii cu exces de aer. Volumul real de aer necesar arderii: Va = αV0 [ 3
Nm / 3Nm ] (1.8)
1. CALCULUL ARDERII COMBUSTIBILULUI
7
Volumul real al gazelor de ardere: 00
)1( VVV gg −+= α [ 3Nm / 3
Nm ] (1.9)
c) 'HQVLWDWHD�JD]HORU�GH�DUGHUH�OD�VWDUH�QRUPDO��
g
comb
V
V293,10
+=
ρρ [kg/ 3
Nm ] (1.10)
unde combρ este masa�VSHFLILF��D�FRPEXVWLELOXOXL�� 3UHVLXQHD�SDU LDO��D�JD]HORU triatomice ( 2RO ) din gazele de ardere:
g
g
RO
RO pV
VP 2
2= [bar] (1.11)
3UHVLXQHD�SDU LDO��D�YDSRULORU�GH�DS�:
g
g
OH
OH pV
VP 2
2= [bar] (1.12)
unde gp �HVWH�SUHVLXQHD�DEVROXW��D�JD]HORU�GH�DUGHUH� 1pp og ≅= bar .
d) 3XWHUHD�FDORULF��LQIHULRDU� a combustibilului gazos se deteUPLQ��FX�UHOD LD:
+⋅+⋅+⋅+⋅+⋅= 6242 3,6373582299,1074,126 HCCHSHHCOH i
10483 11844,912 HCHC ⋅+⋅+ [kJ/ 3Nm ] (1.13)
Componentele volumice ale combustibilului se introduc în procente. Pentru cazul combustibilului gazos natural�XWLOL]DW�vQ�UH HOHOH�GH�GLVWULEX LH, cu FRPSR]L LD�PHGLH�
CH4 C2H6 O2 N2 98,5 0,8 0,2 0,5 %
SXWHUHD�FDORULF��LQIHULRDU��este 36000H i = kJ/ 3
Nm 3HQWUX� FRPEXVWLELO� JD]RV� QDWXUDO� vQ� DPHVWHF� ������ FX� JD]� GH� VRQG��GHJD]ROLQDW��FX�FRPSR]L LD�PHGLH:
CH4 C2H6 C3H8 C4H10 O2 N2 95,6 2,8 0,6 0,6 0,1 0,3 %
SXWHUHD�FDORULF��HVWH� 37000H i = kJ/ 3
Nm .
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
8
1.2. Calculul arderii combustibilului lichid sau solid . Calculul arderii combustibilului lichid sau solid sH�UHIHU��OD�DUGerea�XQLW� LL�GH�PDV� (1kg)� GH� FRPEXVWLELO� vQ� FRQGL LL� QRUPDOH� IL]LFH�� (OHPHQWHOH� FRPSRQHQWH� ale combustibilului se H[SULP���vQ�WHP�� prin�SDUWLFLSD LL�Pasice. DHRDUHFH�VXOIXO�VH�DIO��vQ�FDQWLWDWH�PLF�� vQ�FRPEXVWLELO� �VXE�����VH�GHWHUPLQ�� DúD�]LVXO�ÄFDUERQ redus” (K) DGPL kQG� F�� SURGXVHOH� DUGHULL� FDUERQului sunt identice cu cele pentru „carbonul redus”. SCK ⋅+= 375,0 (%) (1.14) Se GHWHUPLQ�:
a) Volumul teoretic de aer necesar arderii stoichiometrice ( 0V ) (teoretice, I�U��exces de aer) a unui kg de combustibil:
OHKV ⋅−⋅+⋅= 0333,0265,00889,00 [ 3
Nm /kg ] (1.15) b) Componentele gazelor de ardere pentru arderea VWRLFKLRPHWULF� �WHRUHWLF���
I�U��H[FHV�GH�DHU)
- 9ROXPXO�GH�ELR[LG�GH�FDUERQ�úL�bioxid de sulf din gazele de ardere:
100866,1
2
KVRO = [ 3
Nm /kg] (1.16)
- Volumul de azot din gazele de ardere:
1008,079,0 02
NVVN += [ 3
Nm /kg] (1.17)
- 9ROXPXO�GH�YDSRUL�GH�DS� din gazele de ardere:
0OH V016,04,80
WH9V
2+
+= [ 3
Nm /kg] (1.18)
Volumul teoretic de gaze de ardere f�U��H[FHV�GH�DHU��( 1=α )
Vg0 = 2ROV + 2NV + OHV2
[ 3Nm /kg] (1.19)
- Volumul real de aer necesar arderii cu exces de aer:
Va = α · V0 [ 3Nm /kg] (1.20)
In cazul proceselor tehnice de ardere, specifice cazanelor,�SHQWUX�D�VH�RE LQH�FvW�PDL�SX LQH�SURGXVH�GH�DUGHUH�LQFRPSOHW��vQ�JD]HOH�GH�DUGHUH��VH�XWLOL]HD]��DPHVWHFXUL�combustibile cu aer în exces��$VWIHO��GDF��VH�QRWHD]��FX�´α” coeficientul de exces de aer ca fiind raportul dintre aerul efectiv de ardere (Va ) úL cel teoretic necesar arderii
1. CALCULUL ARDERII COMBUSTIBILULUI
9
XQLW� LL�GH�FRPEXVWLELO� �90��� VH�SRDWH�VSXQH�F��YDORULOH�uzuale ale coefincientului de exces de aer în focar sunt: 1,105,1 ÷=α pentru IRFDUH�FX�DUGHUH�LQWHQVLILFDW�� 15,11,1 ÷=α pentru focare��FX�DUGHUH�QRUPDO�� /D� FD]DQHOH� � IXQF LRQkQG� FX� GUXPXULOH� GH� JD]H�de ardere în depresiune, prin S�WUXQGHULOH�GH�DHU�IDOV�VH�DMXQJH�ca OD�FRú�valorile coeficientului de exces de aer V��ILH�de 1,3 ÷ 1,4 . /D�FD]DQHOH� � IXQF LRQkQG�FX�GUXPXULOH�GH�JD]H� vQ� VXSUDSUHVLXQH��QX mai apar S�WUXQGHUL� GH� DHU� IDOV� úL� GHFL� H[FHVXO� GH� DHU� GLQ� IRFDU� VH�PHQ LQH� la aceeaúL�valoare SkQ��OD�FRú�
- Calculul arderii cu exces de aer. Volumul real al gazelor de ardere:
00)1( VVV gg −+= α [ 3
Nm /kg] (1.21)
'HQVLWDWHD�JD]HORU�GH�DUGHUH�OD�VWDUH�QRUPDO�:
g
a
V
V⋅+=
293,110ρ [kg/ 3
Nm ] (1.22)
3UHVLXQHD�SDU LDO��D�JD]HORU�522 în gazele de ardere:
g
g
RO
RO pV
VP 2
2= [bar] (1.23)
3UHVLXQHD�SDU LDO��D�YDSRULORU�GH�DS�:
g
g
OH
OH pV
VP 2
2= [bar] (1.24)
unde pg�HVWH�SUHVLXQHD�DEVROXW��D�JD]elor de ardere: 1pp og ≅= bar .
c) 3XWHUHD�FDORULF��LQIHULRDU� a combustibililor lichizi sau solizi este:
OWSO
HCH i
−−⋅+
−+⋅=
8
91,257,104
812000,339 [kJ/kg] (1.25)
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
10
vQ� FDUH� FRPSRQHQWHOH� FRPEXVWLELOXOXL� VH� UHIHU�� OD� PDVD� GH� OXFUX� úL� VH� H[SULP�� vQ�procente. Pentru combustibilii lichizi uzuali� SXWHUHD� FDORULF�� LQIHULRDU�� DUH� XUP�WRarele valori:
&RPEXVWLELO�OLFKLG�XúRU (CLU) 42000 kJ/kg 3�FXU�� 38000 ÷ 39000 kJ/kg
Pentru lignit puterHD�FDORULF��LQIHULRDU��YDULD]��IRDUWH�PXOW, astfel:
Lignit inferior 6700 ÷ 7500 kJ/kg Lignit superior 10000 ÷ 14000 kJ/kg
1.3. Diagrama I - t Valoarea entalpiei (I) a JD]HORU� GH� DUGHUH� RE LQXWe� GLQ� DUGHUHD� XQLW� Li de combustibil ( 3
Nm �VDX�NJ��HVWH�GDW��GH�UHOD LD:
aerOHOHNNRORO iViViViVI 0)1(222222
−+++= α (1.26)
unde OHNRO iii222
,, �úL� aeri �UHSUH]LQW�� HQWDOSLLOH� specifice ale JD]HORU� FRPSRQHQWH� úL�VXQW�IXQF LH�GH�WHPSHUDWXUD�JD]HORU�GH�DUGHUH��W��� La diverse temperaturi ale gazelor de ardere (0÷2000 0C) se GHWHUPLQ� entalpia amestecului utilizându-se tabelul de calcul 1.1.
Conform tabelului 1.1., se GHWHUPLQ� valorile din coloanele 3, 5� úL� �� FDUH� vQVXPDWH� GDX�entalpia gazelor de ardere în FRQGL LL�WHRUHWLFH�(Igo).
Pentru diverse valori ale coeficientului de exces de aer (α1=αfocar, α2>α1; α3>α2 etc.) se RE LQ� YDORULOH� GLQ� FRORDQHOH� ����14, 16 etc.
Se traVHD]�� GLDJUDPHOH��IXQF LHL�
I = f(t, α) (1.27) asemenea familiei de curbe de parametru α, reprezentate în figura 1.1., XWLOL]kQG� VF�Ui convenabile (1:10; 1:20; 1:50 sau multipli). Diagrama I-t este VSHFLILF�� FRPEXVWLELOXOXL� SHQWUX�care a fost determinDW�.
kJ . m3
N kJ . kg
Fig. 1.1. Diagrama I – t
I
α 1
α 2
α 3
α 4
Ig=f(α , t)
t [oC] ti te
Ii
Ie
COMBUSTIBIL
C = ......... % H = ......... % N= ......... % etc. Vo = .......... Vgo = .......... Hi = .........
1.
CA
LC
UL
UL
AR
DE
RII C
OM
BU
ST
IB
IL
UL
UI
11
T
abel
ul 1
.1.(Q
WDOSLD
�JD]HO
RU�GH�DU
GHUH�
UH]XOW
DWH�GL
Q�DUGH
UHD�XQ
LW� LL�
GH c
ombu
stib
il (
kJ/
3 Nm
) sa
u (k
J/kg
)
2R
OV
=
2N
V=
O
H2
V=
∑
=V
V0g
0
V=
α
=
( α-1
)=
t g
0 C
2R
Oi
2
RO
i×
2R
OV
2
Ni
2Ni
×2
NV
O
H2
i
OH
2V
×O
H2
i
∑⋅
=)
Vi(
I0
g
aer
i
aer
i×
0V
=0
VI
( α-1
) ×
(ae
ri
×0
V)
I=0
gI+
( α-1
) ×
(ae
ri
×0
V)
în
cont
inua
re
ptr.
α�P
�ULW�
din
0,1
în
0,1
1 2
3 4
5 6
7 8
9 10
11
12
…
0 10
0 20
0
170,
0 35
7,5
12
9,5
259,
8
15
0,5
304,
4
130,
0 26
1,3
400
600
800
771,
8 12
24
1704
52
6,5
804,
0 10
93
62
6,2
968,
5 13
34
531,
6 81
3,7
1107
1000
12
00
1400
2203
27
16
3238
13
91
1697
20
08
17
22
2132
25
58
1409
17
19
2033
1600
18
00
2000
3772
43
03
4843
23
11
2643
29
34
30
01
3458
39
24
2353
26
75
3001
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
12
ModDOLW� LOH de utilizare a diagramei I–t sunt uUP�WRDUHle: a). DDF�� VH� GDX,� SHQWUX� R� VXSUDID �� GH� VFKLPE� GH� F�OGXU��� WHPSHUDWXULOH� GH�LQWUDUH� úL� LHúLUHa a gazelor de ardere�� SUHFXP� úL� FRHILFLHQ LL� GH� H[FHV� GH� DHU�FRUHVSXQ]�WRUL, se poate determina fluxul�GH�F�lGXU��FHGDW�GH�JD]HOH�GH�DUGHUH:
- se citesc în diagrama I-t:
),( iii tfI α= �úL� ),( eee tfI α= , apoi VH� GHWHUPLQ�� IOX[XO� GH� F�OGXU��cedat de gazele de ardere.
)( ei IIBQ −= (1.28)
unde B este consumul de combustibil [kg/s sau 3Nm /s].
b). DDF�� VH� GDX�� SHQWUX� R� VXSUDID �� GH� VFKLPE� GH� F�OGXU��� fluxul� GH� F�OGXU��cedat de gazele de ardere Q úL�SDUDPHWULL� LQL LDOL ai gazelor de ardere�� WHPSHUDWXUD�úL�excesul de aer, se poate determina� WHPSHUDWXUD� GH� LHúLUH� D� JD]HORU� GH� DUGHUH�� OD� XQ�coeficient de exces de aer cunoscut:
- se FLWHúWH�vQ�GLDJUDPD�,-t: ),( iii tfI α=
apoi se GHWHUPLQ� entalpia : B
QII ie
−= (1.29)
úL�vQ�ILQDO�VH�FLWHúWH�vQ�GLDJUDPD�,-t valoarea: ),( eee Ift α= . 1.4. Diagrama cp – t In ca]XO�FDOFXOHORU�UDSLGH�GH�YHULILFDUH�VDX�FKLDU�úL�D�FHORU�GH�GLPHQVLRQDUH�IDU��SUHWHQ LL� GH� H[DFWLWDWH�� HVWH� PDL� FRPRG� V�� VH� OXFUH]H� FX� F�OGXUL� VSHFLILFH�PHGLL� ale gazelor de ardere OD�SUHVLXQH�FRQVWDQW�, în loc de HQWDOSLL��5HOD LD�GH�OHJ�WXU��,–cp este: [ ] tcVVtcVI pgpg ⋅⋅−+=⋅⋅= 0)1(
0α (1.30)
úL� aerN
g
N
OH
g
OH
RO
g
RO
p cVg
Vc
V
Vc
V
Vc
V
Vc ⋅
−+⋅+⋅+⋅= 0)1(
2
2
2
2
2
2α
(1.31)
'HRDUHFH�YDULD LD�F�OGXULL�VSHFLILFH�FX�FRPSR]L LD�JD]HORU�GH�DUGHUH�HVWH�UHODWLY�PLF���WDEHOHOH�VDX�GLDJUDPHOH�GH�F�OGXUL�VSHFLILFH�IXQF LH�GH�WHPSHUDWXU��VXQW�SUDFWLF�utilizabile�SHQWUX�WR L�FRPEXVWLELOLL�GLQ�DFHHDúL�FODV� (gaz, lichid, solid). În continuare se SUH]LQW�� WDEHOHOH����� úL�����SHQWUX�JD]HOH�GH�DUGHUH�SURYHQLWH�GLQ� DUGHUHD� FRPEXVWLELOLORU� JD]RúL�� UHVSHFWLY� OLFKL]L� FX� DMXWRUXO� F�URUD� SRW� IL� WUDVDWH�diagramele cp=f(t,α).
1. CALCULUL ARDERII COMBUSTIBILULUI
13
Tabelul 1.2. &�OGXUL�VSHFLILFH�PHGLL�vQ�kJ/ 3
Nm K, pentru gaze de ardere provenite din arderea FRPEXVWLELOLORU�JD]RúL
t (0C) α=1 α=1,1 α=1,2 α=1,5 α=2,0 0 100
1,3670 1,3762
1,3582 1,3699
1,3532 1,3645
1,3435 1,3532
1,3327 1,3410
200 300
1,3904 1,4067
1,3837 1,3992
1,3779 1,3929
1,3653 1,3804
1,3523 1,3657
400 500
1,4243 1,4432
1,4164 1,4344
1,4097 1,4277
1,3946 1,4130
1,3809 1,3967
600 700
1,4620 1,4808
1,4532 1,4716
1,4457 1,4641
1,4306 1,4478
1,4134 1,4306
800 900
1,4992 1,5177
1,4905 1,5076
1,4821 1,4997
1,4653 1,4821
1,4469 1,4628
1000 1100
1,5348 1,5516
1,5248 1,5411
1,5160 1,5319
1,4976 1,5126
1,4783 1,4925
1200 1300
1,5675 1,5825
1,5566 1,5717
1,5474 1,5616
1,5273 1,5411
1,5064 1,5198
1400 1500
1,5968 1,6102
1,5855 1,5984
1,5754 1,5884
1,5545 1,5662
1,5319 1,5436
1600 1700
1,6231 1,6361
1,6110 1,6231
1,6005 1,6123
1,5779 1,5892
1,5541 1,5645
1800 1900 2000
1,6470 1,6575 1,6675
1,6340 1,6445 1,6545
1,6231 1,6336 1,6428
1,5993 1,6093 1,6181
1,5746 1,5838 1,5922
Tabelul 1.3.
&�OGXUL�VSHFLILFH�PHGLL�vQ�kJ/ 3Nm K, pentru gaze de ardere provenite din arderea
combustibililor lichizi t (0C) α=1 α=1,1 α=1,2 α=1,5 α=2
0 100
1,3674 1,3825
1,3595 1,3741
1,3565 1,3703
1,3444 1,3569
1,3335 1,3440
200 300
1,3988 1,4164
1,3892 1,4055
1, 3854 1,4013
1,3720 1,3860
1,3590 1,3720
400 500
1,4356 1,4557
1,4252 1,4453
1,4201 1,4398
1,4030 1,4214
1,3850 1,4042
600 700
1,4766 1,4951
1,4649 1,4850
1,4586 1,4779
1,4386 1,4561
1,4206 1,4386
800 900
1,5135 1,5340
1,5030 1,5206
1,4955 1,5131
1,4737 1,4905
1,4545 1,4704
1000 1100
1,5516 1,5696
1,5378 1,5549
1,5306 1, 5476
1,5072 1,5223
1,4867 1,5018
1200 1300
1,5830 1,5995
1,5708 1,5846
1,5645 1,5763
1,5373 1,5507
1,5152 1, 5286
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
14
1400 1500
1,6143 1,6265
1,6005 1,6123
1,5909 1,6022
1,5641 1,5754
1,5411 1,5520
1600 1700
1,6411 1,6520
1,6265 1,6378
1,6169 1,6261
1,5880 1,5976
1,5637 1,5729
1800 1900 2000
1,6646 1,6734 1,6822
1,6482 1,6545 1,6637
1,6386 1,6478 1,6570
1,6085 1,6181 1,6277
1,5834 1,5917 1,6018
Modurile de utili]DUH� D� F�OGXULORU� specifice ale gazelor de ardere în calculele
termice: a)�� 'DF�� VH� GDX�� SHQWUX� R� VXSUDID �� GH� VFKLPE� GH� F�OGXU��� WHPSHUDWXULOH� GH�
LQWUDUH� úL� LHúLUH ale gazelor de DUGHUH�� SUHFXP�úL� H[FHVHOH�GH� DHU� FRUHVSXQ]�WRDUH�� VH�poate determina fluxul�GH�F�OGXU��FHGDW�GH�JD]HOH�GH�DUGHUH�
),( iip tfci
α= �úL� ),( eep tfce
α=
UH]XOW�� )( epgipg tcVtcVBQ
eeii⋅⋅−⋅⋅= (1.32)
unde: B – debitul de combustibil (kg/s, 3
Nm /s).
Vg – volumul de gaze de ardere pentru unitatea de combustibil ( 3Nm /kg, 3
Nm / 3Nm )
0)1(0
VVV gg −+= α
b). DDF�� VH� GDX�� SHQWUX� R� VXSUDID �� GH� VFKLPE� GH� F�OGXU��� fluxul� GH� F�OGXU��FHGDW� GH� JD]HOH� GH� DUGHUH� úL� SDUDPHWULL� LQL LDOL� ai gazelor de ardere �WHPSHUDWXU�� úL�exces de aer), se poate determina temperatura dH� LHúLUH� D� JD]HORU� GH� DUGHUH�� OD� XQ�DQXPLW�H[FHV�GH�DHU�FXQRVFXW��ILLQG�QHFHVDUH�vQV���÷��LWHUD LL de clacul.
Cu valorile (ti, αi),� GLQ� WDEHOH� UH]XOW�� F�OGXUa� VSHFLILF�� a gazelor la intrare ipc . Se
presupune o valoare 'et �úL�FX�DFHDVW��YDORDUH�úL�pentru excesul de aer αe�VH�RE LQH� '
epc .
Se GHWHUPLQ� ''et �FX�UHOD LD:
'"
e
i
pg
iipg
ecV
B
QtcV
t
−= (1.33)
GDF�� ''et GLIHU�� ID �� '
et cu mai mult de un gard, se reia calculul o cu noX� valoare
='et
''et . ,Q�ILQDO�VH�GHWHUPLQ��WHPSHUDWXUD�GH�LHúLUH�D�JD]HORU�GH�DUGHUH� et pentru
''
epc :
''
ee
i
pg
iipg
ecV
B
QtcV
t
−= (1.34)
$YkQG�vQ�YHGHUH��F��YDULD LD�F�OGXULL�VSHFLILFH�FX�WHPSHUDWXUD�HVWH�IRDUWH�PLF���QX�VXQW�QHFHVDUH�QLFLRGDW��PDL�PXOW�GH���LWHUD LL�
1. CALCULUL ARDERII COMBUSTIBILULUI
15
Pentru determinarHD� F�OGXULORU� VSHFLILFH� DOH� componentelor gazelor de ardere SRW�IL�XWLOL]DWH�XUP�WRDUHOH�UHOD LL: 701,03 )100(101759,47003,1
2−⋅+= −
tcRO [kJ/ 3Nm K] (1.35)
154,15 )100(104142,85051,12
−⋅+= − tc OH [kJ/ 3Nm K] (1.36)
35,16 )100(103464,92958,12
−⋅+= − tcN [kJ/ 3Nm K] (1.37)
169,13 )100(106974,33004,1 −⋅+= −tcaer [kJ/ 3
Nm K] (1.38) sau pentru valori medii ale caldurii specifice a amestecului de gaze de ardere pentru combustibili clasici (UHOD LL�YDODELOH�SHQWUX�LQWHUYDOXO�GH�WHPSHUDWXU��W=100÷900 0C):
- JD]RúL: )107393,331882,0(186,4 5tc pg
−⋅+= [kJ/ 3Nm K] (1.39)
- lichizi: )108107,332118,0(186,4 5 tc pg
−⋅+= [kJ/ 3Nm K] (1.40)
- solizi: )1045,432265,0(186,4 5tc pg
−⋅+= [kJ/ 3Nm K] (1.41)
ÌQ� ILJXULOH� ����� ���� úL� ���� VXQW� SUH]HQWDWH� GLDJUDPHOH� GH� YDULD LH� D� F�OGXULL�VSHFLILFH� PHGLL� SHQWUX� JD]H� QDWXUDOH�� FRPEXVWLELOL� OLFKL]L� úL� XQ� DQXPLW� FRPEXVWLELO�solid. $FHVWH� WDEHOH� úL� JUDILFH� VXQW� RULHQWDWLYH� �VXILFLHQW� GH� FRUHFWH� SHQWUX� FDOFXOH�SUDFWLFH� LQJLQHUHúWL��� 3HQWUX� ILHFDUH� FRPEXVWLELO� vQ� SDUWH� F�OGXULOH� VSHFLILFH� YRU� IL�determinate folosind valorile din anexa 7 care reprezintû�F�OGXULOH�VSHFLILFH�PHGLL�DOH�gazelor componente.
Fig. 1.2. Diagrama cp – t pentru gaze naturale
0 1000 500 1500 2000 1,3
1,4
1,5
1,6
cp
kJ m
3NK
t (oC)
α =1 α =1,1 α =1,2
α =1,5
α =2 α =3 α =4
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
16
Fig. 1.3. Diagrama cp – t pentru combustibili lichizi
Fig. 1.4. Diagrama cp – t pentru combustibil solid
1,3
1,4
1,5
1,6
cp
kJ kg.K
0 1000 500 1500 2000 t (oC)
α =1 α =1,1 α =1,2 α =1,5
α =2
α =3 α =4
1,3
1,4
1,5
1,6
cp
kJ kg.K
0 1000 500 1500 2000 t (oC)
α =1 α =1,1 α =1,2 α =1,5
α =2
1,7
C =21,4 % H = 2,7 % S = 2,5 % O = 14,8 %
N = 1,4 % A = 26,3 % W = 30,9 %
2. BILANTUL TERMIC AL CAZANULUI
17
CAPITOLUL 2
%,/$1�8/�7(50,&�$/�&$=$18/8,� %LODQ XO� WHUPLF� OD� FD]DQXOXL�� H[SUHVLH�D�SULQFLSLXOXL�FRQVHUY�ULL�HQHUJLHL��SXQH�vQ� HYLGHQ �� fluxurile� GH� F�OGXU�� LQWURGXVH�� IOX[XULOH� XWLOH� úL� SLHUGHULOH� GH� F�OGXU��ale FD]DQXOXL� ID �� GH� FRQWXUXO� GH� ELODQ � úL� SHUPLWH� FDOFXOXO� UDQGDPHQWXOXL� WHUPLF� úL� DO�consumului de combustibil.
1. Cazan 2. Alimentare cu combustibil ���*U�WDU ���6XSUDIH H�GH�schimb de ����F�OGXU� ���(YDFXDUH�FHQXú��úL�]JXU� ���&RQWXU�GH�ELODQ
Fig. 2.1.�&RQWXUXO�GH�ELODQ �OD�XQ�FD]an cu arderea
combustibilului solid în strat�SH�JU�WDU &RQWXUXO� GH� ELODQ � vQFDGUHD]�� VXSUDID D� H[WHULRDU�� D� SHUH LORU� FD]DQXOXL��7HPSHUDWXUD�GH�UHIHULQ ��HVWH�WHPSHUDWXUD�PHGLXOXL�DPELDQW�VDX�FHD�QRUPDO�� (FXD LD�ELODQ XOXL�WHUPLF�DO�FD]DQXOXL�VH�VFULe sub forma :
evextchmecutac QQQQQQQQ +++++=+ cos (kW) (2.1) unde :
cQ - HVWH�GHELWXO�GH�F�OGXU��GLVSRQLELO��D�FRPEXVWLELOXOXL; aQ -�GHELWXO�GH�F�OGXU��DGXV�GH�DHUul utilizat la arderea combustibilului;
utQ - debitul dH�F�OGXU��XWLO��SURGXV�GH�FD]DQ;
mecQ -�GHELWXO�GH�F�OGXU��SLHUGXW�SULQ�DUGHUH�LQFRPSOHW��GH�QDWXU��PHFDQLF� (este specific numai combustibilului solid);
Qext
Qmec
Qch
Qev
Qcos Qut Qc
Qa
1 2
3
4
5 6
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
18
chQ -�GHELWXO�GH�F�OGXU��SLHUGXW�SULQ�DUGHUH�LQFRPSOHW��GH�QDWXU��FKLPLF�� cosQ -�GHELWXO�GH�F�OGXU��SLHUGXW�SULQ�HYDFXDUHD�JD]HORU��GH�DrGHUH�SH�FRú�� extQ - GHELWXO�GH�F�OGXU��SLHUGXW�SULQ�SHUH LL�H[WHULRUL�DL�FD]DQXOXL�� cenQ - debitul�GH�F�OGXU��SLHUGXW�SULQ�HYDFXDUHD�SURGXVHORU�VROLGH�de ardere din
cazan (este specific numai combustibilului solid) .
2.1. Randamentul termic al cazanului
Randamentul termic al cazanului poate fi determinat :
a) OD�XQ�FD]DQ�vQ�IXQF LXQH� când,�SULQ�P�VXU�UL,�VH�GHWHUPLQ�� utQ �úL� cQ :
100c
ut
AQ
Q=η (%) (2.2)
b) în faza de proiectare, când se impune��FD�GDW��GH�SURLHFWDUH� sarcina WHUPLF��XWLO���WHPSHUDWXUD�JD]HORU�GH�DUGHUH�OD�FRú�HWF���úL�VH�FDOFXOHD]� :
)(11 cos cenextmecchj
c
pjc
B qqqqqqQ
QQ++++−=−=
−= ∑∑η (%) (2.3)
unde jq �UHSUH]LQW��SLHUGHULOH�VSHFLILFH��UHODWLYH�ID ��GH� cQ ��GH�F�OGXU��� În cazul general al unui cazan în ID]�� GH� SURWRWLS, GXS�� FH� V-a determinat randamentul termic de proiectare DFHVWD�YD� WUHEXL�YDOLGDW�GH� vQFHUF�ULOH� WHUPRWHKQLFH�realizate conform standardului specific tipului constructiv de cazan. Randamentul GHFODUDW�GH�IXQF LRQDUH�DO�FD]DQXOXL�UHVSHFWLY�QX�YD�SXWHD�V��GLIHUH�FX�PDL�PXOW�GH����ID ��GH�FHO�RE LQXW�vQ�FDGUXO�vQFHUF�ULORU�WHPRWHKQLFH�GH�WLS��vQFHUF�UL�FH�VH�HIHFWXHD]��în laboratoare independente acreditate în acest scop.
�������3LHUGHUL�VSHFLILFH�GH�F�OGXU��SULQ�DUGHUH�LQFRPSOHW��GH�QDWXU��PHFDQLF��( mecq )
Acest tip de pierdere�GH�F�OGXU��UHSUH]LQW��SLHUGHUHD�SULQ�QHDUGHUHD�FDUERQXOXL�GLQ�FRPEXVWLELO�FD]XW�VXE�JU�WDU�� vQJOREDW�vQ�]JXU��VDX�DQWUHQDW�FX�FHQXúD�]EXU�WRDUH�FD]XUL� vQ�FDUH��GLQ� OLSVD�FRQGL LLORU�GH�DUGHUH��DFHVWD�QX�PDL�SRDWH�HOLEHUD�FDOGXUD�GH�UHDF LH��'H�DFHHD�DFHDVW��SLHUGHUH�GH�F�OGXU��HVWH�specific� numai pentru cazul arderii combustibililor solizi SH� JU�WDU� IL[� VDX� PRELO� �SHQWUX� FRPEXVWLELOL� OLFKL]L� úL� JD]RúL�
mecq =0)
2. BILANTUL TERMIC AL CAZANULUI
19
i
mec
mecHB
*= sau exprimat în procente 100
* i
mec
mecHB
Qq = (%)
unde : *B este consumul de combustibil (kg/s) ;
iH -�SXWHUHD�FDORULF��LQIHULRDU��D�FRPEXVWLELOXOXL��NJ�NJ��� PierderHD�VSHFLILF��GH�F�OGXU� mecq se determin��FX�UHOD LD��
isb
sb
sb
zg
zg
zg
caz
caz
cazmecH
A
c
ca
c
ca
c
caq
100
32657
100100100
−+
−+
−= (2.4)
unde aj�HVWH�SURFHQWXO�GH�SDUWLFLSDUH�vQ�FHQXúH�D�GLIHULWHORU�IUDF LXQL�� 100=∑ ja ��úL�cj�HVWH�FRQ LQXWXO�SURFHQWXaO�GH�FDUERQ�IL[�GLQ�IUDF LXQHD�aj. Valorile medii orientative se SUH]LQW� în tabelul 2.1. pentru combustibil ligniW�SH�GLYHUVH�WLSXUL�GH�JU�WDUH�
Cu A VH�QRWHD]��SURFHQWXO�WRWDO�GH�FHQXúH�GLQ�FRPEXVWLELO.
Tabelul 2.1.
&�]XW�VXE�JU�WDU
Inglobat în zJXU�
Antrenat cu FHQXúD�
zEXU�WRDUH &RPEXVWLELO�úL�VLVWHP�GH�DUGHUH
caza cazc zga zgc sba sbc
/LJQLW�SH�JU�WDU�IL[�SODQ 4 10 76 15 20 9 /LJQLW�SH�JU�WDU�vQFOLQDW�IL[ 2 10 78 15 20 8 /LJQLW�SH�JU�WDU�FX�vPSLQJHUH�GLUHFW�
15 4 55 10 30 4
/LJQLW�SH�JU�WDU�cu împingere U�VWXUQDW�
20 10 50 10 30 4
Lignit P�FLQDW�ars în stare pulverizat�
0 - 10 10 90 3
În mod normal mecq poate avea valoarea FXSULQV�� vQ� LQWHUYDOXO� �÷12% pentru F�UEXQL�úL�0,5 ÷���SHQWUX�OHPQ�úL�YHJHWDOH uscate. Consumul efectiv de combustibil (B) va fi :
)1(* mecqBB −= [kg/s] (2.5)
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
20
2.1.2.�3LHUGHUL�VSHFLILFH�GH�F�OGXU��SUin evacuarea gazelor de ardere la�FRú�� cosq
sau q2 )
Se determin��FX�UHOD LD�:
i
a
HB
QQq
*cos
cos
−= în valori absolute sau,
100i
acoscos
H*B
QQq
−= în %
H[SOLFLWkQG�WHUPHQLL�UH]XOW�� )IIg(
H
qq coscoscos
i
meccos α−
−=
1 (2.6)
unde :
cosgI �VH�RE LQH�GLQ�diagrama I-t pentru cosα �úL�WHPSHUDWXUD� cost ;
cost - este un parametru FDUH� VH� VWDELOHúWH� SULQ� FDOFXOH� HFRQRPLFH�� GDU� SHQWUX�vQFHSHUHD�FDOFXOXOXL�VH�DSUR[LPHD]��OD�YDORUL�X]XDOH�IXQF LH�GH�WLSXO�FD]DQXOXL��$VWIHO, OD� FD]DQHOH� GH� DEXU�� IXQF LH� GH� WHPSHUDWXUD� GH� VDWXUD LH� D� DSHL� GLQ� FD]DQ (ts�� úL� GH�debitul de abur Dh [t/h] : PHQWUX�FD]DQH�I�U��VXSUDIH H�DX[LOLDUH��HFRQRPL]RU� SUHvQF�O]LWRU� :
h
sD
tt50
50cos ++≅ [0C] (2.7)
PentrX�FD]DQH�FX�VXSUDIH H�DX[LOLDUH:
hDt
100160cos +≅ [0C] (2.8)
Pentru cazane de ap��FDOG��VDX�ILHUELQWH��
)12080(cos ÷+= amtt [0C] unde 2
ei
am
ttt
+= (2.9)
aerI �UHSUH]LQW��HQWDOSLD�DHUXOXL�GH�DUGHUH��OD�WHPSHUDWXUD�DPELDQW� (ta≅200&��úL�se determin��FX�UHOD LD��
apaaer tcVI 0= [kJ/ 3Nm ] sau [kJ/kg] (2.10)
2. BILANTUL TERMIC AL CAZANULUI
21
cu cpa=1,2971 [kJ/ KmN
3 ] VH�RE LQH:
cpa ta = iaer = 25,942 [kJ/ 3Nm ] (2.11)
ÌQ�FDOFXOXO� FX�F�OGXUi specifice�� SLHUGHULOH�GH�F�OGXU�� SULQ�HYDFXDUHD� la coú� VH�GHWHUPLQ��FX�UHOD LD� [ ]apapgg
i
tcVtcVH
q 0coscoscos
1 α−= (2.12)
(GDF��VH�DGPLWH qmec =0) cu 0cos )1( VVV gog −+= α (2.13)
( )[ ])()1(1
cos0coscoscos apaapggo
i
ttcVttcVH
q −−+−= α (2.14)
5HOD LH�SULQ care se pune�vQ�HYLGHQ ���
1. pLHUGHUHD�GH�F�OGXU�� prin cantitatea miniP��Ge gaze rezultate din ardere; 2. pierderea GH�F�OGXU��sXSOLPHQWDU��SULQ�DHUXO�vQ�H[FHV�
Aceste pierderi VSHFLILFH� GH� F�OGXU�� DX� YDORUL� X]XDOH� GH� �÷���� vQ� IXQF LH� GH�
WLSXO�LQVWDOD LHL�GH�DUGHUH��GH�natura combustibilului�úL�GH�WLSXO�FD]DQXOXL.
2.1.3. PierdHUL� VSHFLILFH� GH� F�OGXU�� SULQ� DUGHUH� LQFRPSOHW�� GH� QDWXU�� FKLPLF��( chq sau q3 )
Aceste pierderi GH�F�OGXU�� DSDU�GDWRULW�� IDSWXOXL�F��RPRJHQL]DUHD�DPHVWHFXOXL�combustibil-DHU�GH�DUGHUH�QX�SRDWH�IL�SHUIHFW��RULFkW�GH�SHUIRUPDQW��DU�IL�LQVWDOD LD�GH�DUGHUH��$VWIHO� F��� UHDOL]kQG� FKLDU� úL� DPHVWHFXUL� FX� H[FHV� GH� DHU�� în gazele de ardere rezultate VH�J�VHVF�FRPSRQHQWH�JD]RDVH�GH�DUGHUH� LQFRPSOHW���combustibile, ca: CO, H2, CH4 etc.
uscg
i
mec
i
chch V)H,CO,(
H
q
H*B
Qq 29810736126
1⋅+⋅
−== (2.15)
La proiectarea cazaneloU�VH�SRW�DGPLWH�XUP�WRDUHOH��YDORUL�RULHQWDWLYH�SHQWUX�qch:
- vQ�FD]XO�XWLOL]�ULL�XQHL�LQVWOD LL�GH�DUGHUH�SHUIRUPDQWH� chq ≅0 ;
- la focare cu ecranare�PLF� (calde): chq ≅0,005 ;
- la focare cu ecranare medie: chq ≅0,01 ;
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
22
- la focare cu ecranare SXWHUQLF� (reci): chq ≅0,015 ;
- OD�IRFDUH�FX�JU�WDUH� chq ≅0,02 . �������3LHUGHUL�VSHFLILFH�GH�F�OGXU��SULQ�SHUH L�H[WHULRUL�(qext sau q5)
Se determin��FX�UHOD LD���
i
apiii
i
ext
extHB
ttS
HB
*
)(
*∑ −
==α
(2.16)
unde: tpi – tHPSHUDWXUD�PHGLH�D�XQHL�VXSUDIH H�H[WHULRDUH�„i” a cazanului;
Si –�P�ULPHD�VXSUDIH HL�H[WHULRDUH�„i” a cazanului;
αi –�FRHILFLHQWXO�GH�VFKLPE�GH�F�OGXU��OD�VXUDID D�H[WHULRDU��„i” a acazanului. 5HOD LD��������SRDWH�IL�XWLOL]DW��QXPDL�SHQWUX�XQ�FD]DQ�H[LVWHQW pentru care s-au determinat��vQ�IXQF LRQDUH�OD VDUFLQD�QRPLQDO���WHPSHUDWXULOH�SH�VXSUDIH HOH�H[WHULRDUH�ale acestuia. În faza de proiectare se XWLOL]HD]��UHOD LL�experimentale:
• qext= 5,4643 · 10·-2
· Dh-0,6557
- pHQWUX�FD]DQH�GH�DEXU�I�U� (2.17) VXSUDIH H�DQH[H��Dh – debit de abur [t/h]);
• qext= 5,8797 · 10·
-2· Dh
-0,5185 - pentru cazane de abur cu (2.18)
VXSUDIH H�DQH[H��Dh – debit de abur [t/h]);
• qext= 4,6167 · 10·-2
· QMW - pentru cazane mari�GH�DS��FDOG��VDX�(2.19) fiebinte (QMW = 0,1 ÷ 6 MW). QMW – sarcina �WHUPLFD�D�FD]DQXOXL�H[SULPDW��vQ�0:�
• SHQWUX� FD]DQH� GH� DS�� FDOG�� VDX fiebinte,� PLFL� úL� PLMORFLL� �Q
<1000kW), se poate aprecia pentru qext o valoare în intervalul (0,5÷1,5 %) vQ�IXQF LH�GH�JUDGXO�GH�L]RODUH�WHUPLF� dorit.
2. BILANTUL TERMIC AL CAZANULUI
23
�������3LHUGHUL�VSHFLILFH�GH�F�OGXU��SULQ�HYDFXDUHD�SURGXVHORU�VROLGH�GLQ�FD]Dn (qcen
sau q6 ) $FHVW�WLS�GH�SLHUGHUH�GH�F�OGXU��UHSUH]LQW��F�OGXUD�HYDFXDW��RGDW��FX�FHQXúD�úL�zgura (produsele solide ale arGHULL�FRPEXVWLELOLORU�VROL]L���OD�R�WHPSHUDWXU��PDL�ULGLFDW��decât cea de refeULQ �� GH� ELODQ ��'H� DFHHD� DFHDVW�� SLHUGHUH� GH� F�OGXU�� HVWH� specific� numai pentru cazul arderii�FRPEXVWLELOLORU�VROL]L��SHQWUX�FRPEXVWLELOL�OLFKL]L�úL�JD]RúL�qcen=0)
)(1
1
100 aevpev
zgcaz
sb
i
cen ttccc
a
H
Aq −⋅
−−−
= (2.20)
unde : cpev –� HVWH�F�OGXUD� VSHFLILF��PHGLe� D�SURGXVHORU�HYDFXDWH� �FHQXúH�úL�]JXU���FRQIRUP�
tabelului 2.2. tev – temperatura de evacuare a produselor solide
Tabelul 2.2. &�OGXUD specific� medie a zgurii��FHQXúLL�
t (oC) 100 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 cpev(kJ/kgK) 0,801 0,842 0,899 0,930 0,956 0,980 1,001 1,130 1,172 1,212 În mod uzual pierderile�VSHFLILFH�GH�F�OGXU� qcen nu dep�úHVF�����
Pentru XQ� FD]DQ� FH� XWLOL]HD]�� FRPEXVWLELO solid, randamentul termic de proiectare al cazanului va fi:
)qqqqq( evextchcosmec ++++−= 1η (2.21) cu valori uzuale în intervalul 0,7–0,85.
Pentru XQ�FD]DQ�FH�XWLOL]HD]��FRPEXVWLELO lichid sau gazos, randamentul termic de proiectare al cazanului va fi:
)(1 cos extch qqq ++−=η (2.22) cu valori uzuale în intervalul 0,88÷0,93 (cazane clasice�I�U��FRQGHQVDUH�D�YDSRULORU�GH�DS��GLQ�JD]HOH�GH�DUGHUH�.
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
24
2.2. Consumul de combustibil
2.2.1. Consumul de combustibil, pentru cazanele ce produc abur este :
i
p
H
iiDiiDB
η)'()(
* 00 −+−= [Kg/s, m3
N/s] (2.23)
unde cu D s-a notat debitul de abur al cazanului [kg/s] �GDW�SULQ�WHP��.
Un mod de exprimare tehnic curent al debitului de abur al cazanului este ”Dh” , mãsurat vQ�>W�K@�úL�DVWIHO: D = Dh ⋅⋅ 0,278 [kg/s] i –�HQWDOSLD�ILQDO� a aburului la evacuare din cazan [kJ/kg]; i0 –�HQWDOSLD�LQL LDO��D�DSHL�de alimentare a cazanului [kJ/kg];
io= cpa· tal = 4,186· tai [kJ/kg]
cpa –�F�OGXUD�VSHFLILF��D�DSHL�� tal - temperatura apei de alimentare a cazanului
i’, i” –�HQWDOSLD�DSHL�úL�a aburului, OD�VDWXUD LH [kJ/kg] ;
Dp – debitul de purje (kg/s) pentru care se admite Dp =(0,03÷0,05)· D 3XUMDUHD�FD]DQXOXL�VH�IDFH�SHQWUX�D�VF�GHD�SHULRGLF�duritatea apei din cazan sub OLPLWD�DGPLVLELO��SHVWH�FDUH�V�UXULOH�GH�&D�úL�0J�vQFHS�V��VH�GHSXQ��SH�VXSUDIH HOH�GH�VFKLPE�GH�F�OGXU���
)�U��SXUMDUHD��SHUPDQHQW��VDX�SHULRGLF���D�DFHVWXL�GHELW�'p�GH�DS��OD�VDWXUD LH��FD]DQXO� QX� DU� SXWHD� IXQF LRQD� vQ� PRG� FRQWLQXX� úL�� GH� DFHHD�� VH� FRQVLGHU�� � F�OGXUD�HYDFXDW��FX�SXUMD�FD�ILLQG�WHKQRORJLF�XWLO�� Pentru aburul umed, cu titlul $ entalpia ´L´�VH�FDOFXOHD]��FX�UHOD LD�� L� �L¶��$��L´- i’) (2.24) Pentru cazanele mari la care DU]�WRDUHOH�XWLOL]HD]��DEXU�VDWXUDW�ca agent motor SHQWUX�LQMHF LD�FRPEXVWLELOXOXL�OLFKLG��
)''(
)'()(*
0
00
iiWH
iiDiiDB
inji
p
−−⋅−+−
=η (2.25)
2. BILANTUL TERMIC AL CAZANULUI
25
Winj – debitul relativ de abur XWLOL]DW� GH� F�WUH injectorul de combustibil lichid [kg.abur/kg.comb]. 2.2.2. Consumul de combustibil, pentru cazanele�GH�DS��FDOG��VDX�ILHUELQWH�
Pentru cazanele�GH�DS��FDOG��VDX�ILHUELQWH�VH G�,�SULQ�WHP�, debiWXO�GH�F�OGXU��XWLO�� SURGXV de cazan� �VDUFLQD� WHUPLF�� D� FD]DQXOXL�, Q [kW] úL� asfel se poate determina consumul de combustibil al cazanului:
iH
Q*B
η= (kg/s, m3
N /s) (2.26)
Pentru cazanele mari GH�DS�� FDOG�� VDX�DS�� ILHUELQWH�de peste 500 kW, debitul util GH�F�OGXU��Qh�VH�H[SULP��în [Gcal/h] – sistem tehnic.
În acest caz, consumul de combustibil VH�GHWHUPLQ��XWLOL]kQG�UHOD LD�RPRJHQ�:
i
h
H
Q,*B
η
3101631 ⋅⋅= (kg/s, m3
N /s)
Debitul de combustibil consumat efectiv în cadrul procesului de ardere, în cazan, este :
)q(*BB mec−= 1 (kg/s, m3N /s) (2.27)
B este debitul de combustibil ce se va utiliza în continuare în cadrul calculelor de dimensionare necesare întregului�FD]DQ��vQ�FHHD�FH�SULYHúWH�GHWHUPLQDUHD�GHELWHORU�de gaze de ardere. �����%LODQ XO�GH�DQVDPEOX�DO�FD]DQXOXL� %LODQ XO�GH�DQVDPEOX�DO�FD]DQXOXL�sH�HIHFWXHD]��SHQWUX�a se determina fluxurile GH�F�OGXU��DIHUHQWH�ILHF�UHL�VXSUDIH H�GH�VFKLPE�GH�F�OGXU�, în parte, a cazanului.
In cazul cel mai general de cazan, FX�VXSUDIH H�DQH[H�úL�cu producere de abur supraîQF�O]LW�� UHSUH]HQWDUHD� VFKHPDWLF�� D� ELODQ XOXL� GH� DQVDPEOX� HVWH conform figurii_2.2. 3HQWUX� FD]DQHOH� PDL� VLPSOH� VH� HOLPLQ�� GLQ� VFKHP�� HFRQRPL]RUXO� úL�preîQF�O]LWRUXO�GH�DHU��VDX�QXPDL�XQD�GLQ�DFHVWH�VXSUDIH H�DX[LOLDUH��GXS��FD]��
'H� DVHPHQHD�� SHQWUX� FD]DQHOH� GH� DEXU� VDWXUDW�� VH� HOLPLQ�� GLQ� VFKHP��VXSUDvQF�O]LWRUXO�
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
26
)OX[XO�GH�F�OGXU��WUDQVPLV�în cadrul economizorului : ))(( oecpec iiDDQ −+= (kW) (2.28)
unde iec se FRQVLGHU� pentru o tempeUDWXU�� D� DSHL� FX� FFD�� ��o&� PDL� VF�]XW�� GHFkW WHPSHUDWXUD�GH�VDWXUD LH��tec ≅ ts -100C) a aburului produs de cazan. )OX[XO�GH�F�OGXU��WUDQVPLV�în cadrul VLVWHPXOXL�ILHUE�WRU�� )]i'i(D)ii(D[Q ecpecsfsf −+−= (kW) (2.29)
Fig. 2.2.�6FKHPD�ELODQ XOXL�GH�DQVDPEOX�DO�FD]DQXOXL�GH�DEXU�VXSUDvQF�O]LW GH�PHQ LRQDW� F��� GDF�� VH� HIHFWXHD]�� R�EXQ�� VHSDUDUH�D�SLF�WXULORU�GH�DS�� OD� VDWXUD LH din aburul ce iese din tambur, se poate accepta isf = i’’ ($�=1). )OX[XO�GH�F�OGXU��WUDQVPLV�în cadrul supraîQF�O]LWRUXOXL�HVWH�� )ii(DQ sfsi −= (kW) (2.30)
)OX[XO�GH�F�OGXU��SUHOXDW�vQ cadrul preîQF�O]LWRUXOui de aer : )(0 aapfpa iiVBQ −⋅⋅⋅⋅= αϕ (kW) (2.31)
unde:
$S��alimentare
Abur VXSUDvQ�O]LW
BHi
QPA Focar
QSFR
Sistem ILHUE�WRU�convectiv
QSFC
6XSUDvQF�O- zitor
QSI
Econo- mizor
QEC
QPA
3UHkQF�O]LWRU de aer
Aer preîQF�O]LW
tPA
tEC
tt
It
tf
If
tsfc
Isfc
tsi
Isi
tec
Iec
tpaA�tcos
IpaAIcos
Aer ambiant
ta
2. BILANTUL TERMIC AL CAZANULUI
27
ϕ – SURSRU LD de aer din aerul de ardere ce se preînF�O]HúWH, (50 ÷ 100%);
iap, ia – entalpiile specifice ale aerului preîQF�O]LW��UHVSHFWLY�DPELDQW��iap=cp ap tap;
ia=cpa ta). &X� DFHVWH� GDWH� VH� vQWRFPHúWH� WDEHOXO� GH� ELODQ � ���. pentru un caz de exemplificare pentru care qmec=0 úL qev=0.
Tabelul 2.3. Q cedat de arderea
combustibilului – pierderi [kW]
Q preluat de sXSUDIH Hle de VFKLPE�GH�F�OGXU�
[kW] QC=B*Hi
Qpa=B· αf · ϕ · V0(iap-ia)
-qFRú B* Hi
-qch B* Hi
-qext B* Hi
Qec
Qsf=Qsfc+Qsfr
Qsi
Qpa
∑= QQ' eroare max. 1% ∑= QQ''
(URDUHD�UHODWLY��GH�vQFKLGHUH�D�ELODQ XOXL�GH�DQVDPEOX�se determin��FX�UHOD LD�� %1100
'
'''≤
−=
Q
QQε (2.31”)
ÌQ� FD]XO� FD]DQHORU� � GH� DS�� FDOG�� VDX ILHUELQWH� ELODQ XO� HVWH� PXOW� VLPSOLILFDW�deoarece cazanul este compus numai din sistem radiant (focar)�úL�VLVWHP�FRQYHFWLY�GH�vQF�O]LUH�D�DSHL��6FKHPD�HVWH�GDW��vQ�ILJXUD������
5HOD LLOH� GH� ELODQ � VXQW� FRQIRUP� WDEHOXOui� ���� �SHQWUX� FD]DQH� IXQF LRQkQG� FX�combustibil lichid sau gazos).
Fig. 2.3. 6FKHPD�ELODQ XOXL�GH�DQVDPEOX�DO�FD]DQXOXL�GH�DS��FDOG��VDX�DS��ILHUELQWH.
Tabelul 2.4. Q cedat de arderea
combustibilului – pirderi [kW]
Q preluat de sXSUDIH Hle de VFKLPE�GH�F�OGXU�
[kW] + B Hi
-qFRú B Hi CRut QQQ +=
Focar
QR
Convectiv
QC
It If Ic A Icos
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
28
-qch B Hi
-qext B Hi
∑= QQ' eroare max. 1% ∑= QQ''
2.4. %LODQ XO�JUDILF�DO�FD]DQXOXL�
%LODQ XO� JUDILF� DO� Fazanului transpune grafic, la VFDU��� GHELWHOH� GH� F�OGXU��
conform celor din tabelele 2.3 sau 2.4.�IXQF LH�GH�WLSXO�FD]DQXOXL�OD�FDUH�VH�UHIHU��
Fig. 2.4.�%LODQ XO�JUDILF�DO�FD]DQXOXL
ÌQ� ILJXUD� ����� VH� SUH]LQW�� VFKHPDWLF� ELODQ XO� JUDILF� DO� XQXL� FD]DQ� GH� DEXU�VXSUDvQF�O]LW�DOLPHQWDW�FX�FRPEXVWLELO�VROLG�
2.5. %LODQ XO�SDU LDO pe elemente al cazanului - stabilirea temperaturilor
úL�HQWDOSLLlor gazelor de ardere pe traseu.
A. Cazane de abur. 6H�FRQVLGHU�, ipotetic,�F��WHPSHUDWXUD�GH�vQFHSXW�D�SURFHVXOXL�GH�FHGDUH�GH�F�OGXU�
a gazelor de ardere,�HVWH�WHPSHUDWXUD�WHRUHWLF��GH�DUGHre (tt), corespunz�WRDUH entalpiei teoretice de ardere (It):
afapfmecch
mec
it
iViVqqq
HI 00 )1()1(
1αϕαϕ −++−−
−= (2.32)
DEBITE UTILE DE CALDURA
DEBITE DE CALDURA PIERDUTA
B*Hi
B*αcos Ia0
QPA
QR
QSFC
QSI
QEC
DEBITE DE CALDURA
INTRODUSE
B*Icos
B*qchHi
B*qmecHi
B*qextHi
B*qevHi
2. BILANTUL TERMIC AL CAZANULUI
29
OD�FD]DQH�I�U��SUHvQF�O]LWRU�GH�DHU��ϕ =0)
afmecch
mec
it iVqq
q
HI 0)1(
1α+−−
−= (2.33)
7HPSHUDWXUD� WHRUHWLF��GH�DUGHUH�VH�GHWHUPLQ��Gin diagrama I-t, pentru entalpia teRUHWLF� de ardere It�úL�FRHILFLHQWXO�GH�H[FHV�GH�DHU�SHQWUX�IRFDU αf. )OX[XO�GH�F�OGXU��SUHOXDW�SULQ�UDGLD LH�vQ�IRFDU�� )()1( ftextR IIBqQ −−= [kW] (2.34)
7HPSHUDWXUD� OD� FDS�WXO� IRFDUXOXL� tf VH� DOHJH� LQL LDO� vQWUH 600÷11000C în
IXQF LH� GH� Qatura combustibilului� úL� GH� GH� tipul focarului, apoi se va verifica (modifica) pe baza criteriilor economice� VDX� IXQF LH� GH� QHFHVLW� LOH� GH� HFKLOLEUDUH�GLPHQVLRQDO��D�VXSUDIH HORU�GH�VFKLPE�GH�F�OGXU�� Din diagrama I-t UH]XOW� entalpia gazelor de ardere la iHúLUHD� GLQ� IRFDU If,
pentru temperatura tf� LQL LDOL]DW�� úL�excesul de aer de ardere FRUHVSXQ]�WRU� IRFDUXOXL�αf.
)OX[XO�GH�F�OGXU��SUHOXDW�vQ�VLVWHPXO�ILHUE�WRU�FRQYHFWLY�� ))(1( sfcfextRsfsfc IIqBQQQ −−=−= (KW) (2.35)
Entalpia JD]HORU�GH�DUGHUH�GXS��VLVWHPXO�ILHUE�WRU�FRQYHFWLY��YD�IL���
B
Q
qII
sfc
ext
fsfc −−=
1
1 (2.36)
Din diagrama I-t, pentru Isfc�úL�αsfc��VH�RE LQH�tsfc . $QDORJ��HQWDOSLD�JD]HORU�GH�DUGHUH�GXS��VXSUDvQF�O]LWRU�HVWH��
B
Q
qII si
ext
sfcsi −−=
1
1 (2.37)
Din diagrama I-t, pentru Isi�úL�αsi��VH�RE LQH�tsi.
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
30
(QWDOSLD�JD]HORU�GH�DUGHUH�GXS��HFRQRPL]RU��
B
Q
qII ec
ext
siec −−=
1
1 (2.38)
Din diagrama I-t, pentru Iec�úL�αec��VH�RE LQH�tec. (QWDOSLD�JD]HORU�GH�DUGHUH�GXS��SUHvQF�O]LWRUXO�GH�DHU��
B
Q
qII
pa
ext
ecpag −−=
1
1 (2.39)
Din diagrama I-t, pentru Igpa�úL�αpa��VH�RE LQH�tgpa.
9HULILFDUHD�WHPSHUDWXULL�JD]HORU�GH�FRú��GDF��FDOFXOHOH�DX�IRVW�FRUHFW�HIHFWXDWH�� - SHQWUX�FD]DQH�I�U��VXSUDIH H�DX[LOLDUH� cossf tt ≅
- pentru cazane cu economizor cosec tt ≅
- SHQWUX�FD]DQH�FX�HFRQRPL]RU�úL�SUHvQF�O]LWRU�GH�DHU cospag tt ≅
Eroarea DGPLVLELO��GH�vQFKLGHUH�D�ELODQ XOXL�paU LDO�SH�HOHPHQWH este de maxim
0,5 %�úL�VH�GHWHUPLQ��DVWIHO� %,
II
II
cost
cosc
I 50100 <−−
=ε
%,tt
tt
cost
cosc
t 50100 <−−
=ε
B. &D]DQH�GH�DS��FDOG�
(QWDOSLD�WHRUHWLF��GH�DUGHUH�HVWH�� aomecch
mec
it iVqq
q
HI 00)1(
1α+−−
−= (2.40)
6H�DOHJH�OD�FDS�WXO�IRFDUXOXL�R�WHPSHUDWXU���OD�OLPLWD�LQIHULRDU��D�WHPSHUDWXULORU�uzuale :
2. BILANTUL TERMIC AL CAZANULUI
31
tf =600 ÷ 900 o&� � vQ� IXQF LH� GH� FRPEXVWLELlul utilizaW� úL� tipul focarului. Din GLDJUDPD� HQWDOSLH� IXQF LH� GH� WHPSHUDWXUm� VH� GHWHUPLQm� HQWDOSLD� JD]HORU� OD� LHúLUH� GLQ�focar If=f(tf,af) 5H]XOW��� ))(1( ftextR IIqBQ −−= (2.41)
)OX[XO�GH�F�OGXU��SUHOXDW�în sistemul conectiv este :
Rc QQQ −= (2.42) UH]XOW��HQWDOSLD gazelor de ardere�GXS��VLVWHPXO�FRQYHFWLY��
B
Q
qII c
ext
fc )1(
1
−−= (2.43)
Din diagrama I-t, pentru Ic�úL�αc��VH�RE LQH�tc. /D� XQHOH� FD]DQH� H[LVW�� GRX�� sau mai multe sisteme convective. Pentru cazul
cazanelor cu�GRX��GUXPXUL�FRQYHFWLYH�VH�DSUHFLD]� XUP�WRDUHOH�SRQGHUL: QCI = (0,7 ÷ 0,8) QC QCII = QC - QCI
úL�VH�FDOFXOHD]��HQWDOSLL�úL�WHPSHUDWXUL�LQWHUPHGLDUH��
(URDUHD�DGPLVLELO�� GH� vQFKLGHUH�D�ELODQ XOXL�SU LDO�SH�HOHPHQWH�HVWH�GH�PD[LP�0,5 ��úL�VH�GHWHUPLQ��DVWIHO�
%,II
II
cost
cosc
I 50100 <−−
=ε
%,tt
tt
cost
cosc
t 50100 <−−
=ε
C. 0HWRGH�GH�FDOFXO�FX�F�OGXUL�VSHFLILFH�
7HPSHUDWXUD� WHRUHWLF�� GH� DUGHUH� VH� poate determina, prin calcul iterativ, XWLOL]kQG�UHOD LD:
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
32
pgg
t
pgg
aoaerpfapaerpfmecch
mec
i
tcV
Q
cV
tcVtcVqqq
H
t =−++−−
−=
00'
)1()1(1
αϕαϕ
(2.44)
pentru cazul arderii FX�DHU�SUHvQF�O]LW�sau:
pggpgg
aopaerfmecchi
tcV
Q
cV
tcVqqHt 00' )1(
=+−−
=α
(2.45)
SHQWUX�FD]XO�DUGHULL�I�U��DHU�SUHvQF�O]LW��ϕ =0). Volumul de gaze de ardere cu exces de aer:
01 V)(VV fgg o−+= α
Deoarece YDORDUHD� F�OGXULL� VSHFLILFH� D� JD]HORUGH� DUGHUH� cpg esWH� IXQF LH� GH�
WHPSHUDWXU���UH]XOW��F��valoarea temperaturii teoretice de ardere tt trebuie LQL LDOL]DW�.
Astfel, se�DSUHFLD]��YDORDUHD� '
tt în intervalul 1800÷2000 oC.
6H� GHWHUPLQ�� GLQ� '
pgc conform Cap. ����� IXQF LH� GH� WHPSHUDWXUD� WHRUHWLF�� GH�DUGHUH�LQL LDOL]DW��GXS��FDUH�VH�FDOFXOHD]�� ''
tt :
'
pgg
c''
tcV
Qt = (2.46)
'DF�� ''
tt FDOFXODW�GLIHU� de '
tt LQL LDO cu mai mult de 50 K se UHLWHUHD]��FDOFulul
FX� R� QRX�� YDORDUH� D� F�OGXULL� VSHFLILFH� cpg GHWHUPLQDW� la temperatura ''
tt � úL� VH�GHWHUPLQ��tt :
pgg
ct
cV
Qt = (2.47)
'HRDUHFH�YDULD LD�F�OGXULL�VSHFLILFH�FX�WHPSHUDWXUD�HVWH�IRDUWH�PLF���VXE����OD�100 grd.), nu�VXQW�QHFHVDUH�PDL�PXOW�GH�GRX��LWHUD LL pentru.
Pentru alegerea valorii de temperatur��D�JD]HORU�GH�DUGHUH� OD�FDS�WXO�IRFDUXOXL VH�IRORVHVF�LQGLFD LLOH�GH��OD� Cap. 2.5.A. sau 2.5.B.
)OX[XO�GH�F�OGXU��SUHOXDW�SULQ�UDGLD LH�vQ�IRFDU�YD�IL���
2. BILANTUL TERMIC AL CAZANULUI
33
)()1( ftpggextR ttcBVqQ −−= (2.48)
unde pentru determinarea valorii� F�OGXULL� VSHFLILFH� a gazelor de ardere s-a luat
valoarea medie a�LQWHUYDOXOXL�GH�WHPSHUDWXU��2
ft
mf
ttt
+= úL�coeficientul de exces de
aer αf .
FOX[XO�GH�F�OGXU��SUHOXDW�vQ�VLVWHPXO�ILHUE�WRU�FRQYHFWLY�HVWH�� Rsfsfc QQQ −= (2.49)
úL�WHPSHUDWXUD�ILQDO��a gazelor de ardere:
pggext
sfc
fsfccBVq
Qtt
)1( −−= (2.50)
unde pgc se GHWHUPLQ� pentru αsfc�úL�WHPSHUDWXUD�PHGLH�2
sfct
msfc
ttt
+= :
01 V)(VV sfcgg o−+= α
ùL�vQ�DFHVW�FD]�VH�SUHVXSXQH�LQL LDO�R�YDORDUH�SHQWUX� '
sfct �úL�VH�UHFDOFXOHD]�� pgc
GDF��YDORDUHD�UH]XOWDW��SHQWUX� sfct �GLIHU��GH� '
sfct cu mai mult de 50 K.
Temperatura gazelor de ardere OD�HúLUH�GLQ supraîQF�O]LWRU��
pggext
sisfcsi
cBVq
Qtt
)1( −−= (2.51)
cu
+== si
sisfc
sipg ,tt
tfc α2
�úL� 01 V)(VV sigg o−+= α
GXS��HFRQRPL]RU��
pggext
ecsiec
cBVq
Qtt
)1( −−= (2.52)
cu
+
== ececsi
ecpg ,tt
tfc α2
�úL� 01 V)(VV ecgg o−+= α
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
34
úL�GXS��SUHvQF�O]LWRUXO�GH�DHU��
pggext
pa
ecpacBVq
Qtt
)1( −−= (2.52)
cu
+== pa
paec
papg ,tt
tfc α2
�úL� 01 V)(VV pagg o−+= α
&D� úL� în cadrul cap. 2.5.A se face verificarea corectitudinii calculului prin compararea temperaturii de iHúLUH�D�JD]HORU�GH�DUGHUH�GH�SH�XOWLPD�VXSUDID ��GH�VFKLPE�GH�F�OGXU��cu temperatura GH�HYDFXDUH�OD�FRú�
(URDUHD�DGPLVLELO�� GH� vQFKLGHUH�D�ELODQ XOXL�SU LDO�SH�HOHPHQWH�HVWH�GH�PD[LP�0,5 ��úL�VH�GHWHUPLQ��DVWIHO�
%,tt
tt
cost
cosc
t 50100 <−−
=ε
În cazul cazanelor de� DS�� FDOG� sau fierbinte�� GXS�� FDOFXOXO� WHPSHUDWXULL�
teoretice de ardere tt DúD� FXP� V-D� DU�WDW� PDL� VXV� úL� alegeUHD� WHPSHUDWXULL� OD� FDS�WXO�focarului tf�VH�FDOFXOHD]��4R . )OX[XO�GH�F�OGXU��SUHOXDW�vQ�VLVWHPXO�FRQYHFWLY�este :
Rc QQQ −= (2.53) úL�WHPSHUDWXUD�ILQDO��D�JD]HORU�GH�DUGHUH:
pggext
cfc
cBVq
Qtt
)1( −−= (2.54)
unde pgc se GHWHUPLQ��SHQWUX�FRQGL LLOH��
2cf
cm
ttt
+= �úL�αc (2.55)
iar volumul real al gazelor de ardere este:
01 V)(VV cgg o−+= α (2.56)
(URDUHD�DGPLVLELO�� GH� vQFKLGHUH�D�ELODQ XOXL�SU LDO�SH�HOHPHQWH�HVWH�GH�PD[LP�
0,5 ��úL�VH�GHWHUPLQ��DVWIHO� %,
tt
tt
cost
cosc
t 50100 <−−
=ε
���&$/&8/8/�7(50,&�$/�&$=$1(/25�'(�$3��&$/'��6$8�),(5%,17(
35
CAPITOLUL 3
CALCULUL TERMIC AL C$=$1(/25� '(� $3��&$/'��6$8�),(5%,17(�
3.1. Calculul termic al cazanelor ignitubulare cu întoarcerea gazelor de
ardere în focar
3.1.1. Descriere constructiv����HOHPHQWH�FRPSRQHQWH��PRG�GH�IXQF LRQDUH� Acest tip de cazane au focarul sub forma unui� WXE� GH� IODF�U�� ODUJ�� I�U��
VWU�SXQJHUH� în LQWHULRUXO�F�UXLD�gazele de ardere�VXQW�QHYRLWH�V��VH�vQWRDUF��vQ�GLUHF LH�LQYHUV�� MHWXOXL� GH� IODF�U�� realizând astfel XQ� GUXP� FRQYHFWLY�� )XQF LRQHD]�� FX�combustibil gazos sau OLFKLG� úL� SURGXF� DS�� FDOG�� ���70 o&� úL� PDL� UDU� DS�� ILHUELQWH�130/110 oC. Sunt de tip igQLWXEXODU��FX�YROXP�PDUH�GH�DS�� LDU�Srincipalele elemente componente ale cazanului sunt prezentate în figura 3.1.
Fig. 3.1. Cazan ignitubular cu întoarcerea gazelor de ardere în focar 1. corp cazan; 2. focar tubular����� HYL�GH�“fum”�FX�WXUEXOL]DWRUL������DU]�WRU�����Xú��L]RODW��WHUPLF�����LQWUDUH�DS���
���LHúLUH�DS������FXWLH�FROHFWDUH�JD]H�����OHJ�WXU��OD�FRú������L]ROD LH�WHUPLF�������SODF��WXEXODU��ID ��� ����SODF��WXEXODU��VSDte; 13.vizor; 14. teacã termostate; 15. panou comandã úi reglaj.
$FHVWH�FD]DQH�VXQW�DOF�WXLWH�GLQWU-un cilindru cu diametru mare (1), în interiorul F�UXLD�VH�DIO�� VXSUDIH HOH�GH�VFKLPE�GH�F�OGXU��� WXEXO�GH� IODF�U�� ����FX�SHUHte neted, încastra L� în� SODFD� WXEXODU�� ID �� ����� úL� HYLOH� GH� ”fum” cu turbulizatori, cu rol de
15
13
1 2 3 4
5
6
8
7
9
10
11
12 14 15
3
2 1
10 6
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
36
fascicul convectiv (3��� �HYLOH� GH� “fum”� VXQW� IL[DWH� SULQ� VXGXU�� VDX� PDQGULQDUH� vQ�SO�FLOH�WXEXODUH�ID �������úL�VSDWH�����. IntUDUHD�DSHL�vQ�FD]DQ�����VH�IDFH�SH�OD�SDUWHD�GH�VXV�VDX�SH�OD�SDUWHD�LQIHULRDU���iar evacuarea apei calde (7) VH�IDFH�vQWRWGHDXQD�SH�OD�SDUWHD�VXSHULRDU�. 8úD� GH� vQFKLGHUH� a cazanului (5),� L]RODW�� WHUPLF�� permite trecerea gazelor de ardere din focar în siVWHPXO�FRQYHFWLY�úL�SR]L LRQDUHD�DU]�WRUXOXL. /D� DU]�WRU� HVWH� DGXV� FRPEXVWLELOXO� iar ventilatorul DVSLU� úL� LQWURGXFH� aerul necesar arderii în tubul de ardere din focar. ,Q� LQWHULRUXO� IRFDUXOXL� VH� DSULQGH� úL� VH� VWDELOL]H]�� IODF�UD�GH]YROWându-se debitul de gaze de ardere. Acestea ajung în partea din spate a focarului�úL�VXQW�REOLJDWH�V��VH�vQWRDUF��spre�SDUWHD�GLQ�ID �. 'DWRULW�� XúLL� FD]DQXOXL� JD]HOH� GH� DUGHUH� VH� vQWRUF� FX� ���0� úL� LQWU�� vQ� HYLOH�FRQYHFWLYH��6XQW�FROHFWDWH�vQ�FXWLD�����úL�HYDFXDWH��SH�FRú�SULQ�úWX XO����. 3.1.2. Tema de proiectare
Prin tema de proiectare se dau: - Q -�VDUFLQD�WHUPLF��D�FD]DQXOXL��vQ�N:�� - te / ti - temperatura apei la�LHúLUH�úL�LQWUDUH�vQ�FD]DQ�����70 oC) sau (80/60 oC); - natura�FRPSR]L Lei combustibilului.
Aceste cazaQH� IXQF LRQHD]�� FX� VXSUDSUHVLXQH� vQ� IRFDU�� GHFL� FRHILFLHQWXO� GH�excHV�GH�DHU�HVWH�FRQVWDQW�SkQ��OD HYFXDUHD�OD�FRú:
α = αf = αc = αFRú�= 1,05 ÷ 1,15 = ct.
&RQIRUP� LQGLFD LLORU� GLQ� FDSLWROXO� �� VH� HIHFWXHD]�� FDOFXOXO� DUGHULL�FRPEXVWLELOXOXL�úL�VH�GHWHUPLQ�: VO, Vgo, Vg, Hi, OH2
p , 2ROp ��VH�WUDVHD]��GLDJUDPD�,�– t
sau cp – t. �������&DOFXOXO�UDQGDPHQWXOXL�WHUPLF�DO�FD]DQXOXL�úL�D�GHELWXOXL�GH�FRPEXVWLELO� $FHVWH� FD]DQH� IXQF LRQHD]�� QXPDL� FX� FRPEXVWLELO� JD]RV� VDX� lichid, deci pierderea specific� GH�F�OGXU��SULQ�DUGHUH�LQFRPSOHW��GH�QDWXU��mecanic� (qmec��úL�FHa prin evacuarea produselor solide ale arderii din cazan (qcen) sunt nule. De asemenea B* = B. 6H�FDOFXOHD]��SLHUGHULOH�VSHFLILFH�GH�F�OGXU�: a. Pierderea�VSHFLILF��GH�F�OGXU��SULQ�HQWDOSLD�JD]HORU�GH�DUGHUH�OD�FRú� )LLQG� XQ� FD]DQ� GH� DS�� FDOG�� VH� DGPLWH� R� WHPSHUDWXU�� OD� FRú� FH� VH� SRDWH�GHWHUPLQD�FX�UHOD LD de aproximare:
Ctt
t ei 0cos )8060(
2÷+
+≅ (3.1)
Din diagrama I – t se determin��YDORDUHD�HQWDOSLHL�JD]HORU�GH�DUGHUH�OD�FRú: IFRú = f (tFRú, α)
���&$/&8/8/�7(50,&�$/�&$=$1(/25�'(�$3��&$/'��6$8�),(5%,17(
37
Entalpia aerului teoretic de ardere se determin�� OD� WHPSHUDWXUD� DPELDQW�� ta=20oC
apaoao tcVI ⋅⋅= (3.2)
cu cpa = 1,2971 kJ/ Km3N
5H]XOW��SLHUGHUHD�VSHFLILF��OD�FRú: )(
1coscos ao
i
IIH
q α−= (3.3)
b. 3LHUGHUL�VSHFLILFH�GH�F�OGXU���SULQ�DUGHUH�LQFRPSOHW��GH�QDWXU��FKLPLF��
În cadrul calculelor de proiectare�� GDWRULW�� SHUIRUPDQ HORU� IXQF LRQDOH� DOH�DU]�WRDUHORU�PRGHUQH�VH�DGPLWH�R�SLHUGHUH�SULQ�DUGHUH�LQFRPSOHW� de natur��FKLPLF� de ordinul:
qch = 0,001 ÷ 0,005
c. 3LHUGHUL�VSHFLILFH�GH�F�OGXU��SULQ�SHUH LL�H[WHULRUL�DL�FD]DQXOXL�� În cadrul calculelor de proiectare�� SHQWUX� FD]DQH� UHODWLY� PLFL�� vQ� IXQF LH� GH�gradul dorit de izolare�WHUPLF��D�FD]DQXOXL��se poate alege o valoare:
qext = 0,005 ÷ 0,015 d. Randamentul cazanului 6H�FDOFXOHD]��FX�UHOD LD: )(1 cos extch qqq ++−=η (3.4)
úL�H[SULPDW�vQ�YDORDUH�SURFHQWXDO��� ηη ⋅= 100%
e. Debitul de combustibil consumat
iH
QB
⋅=
η (kg/s) sau ( s/m3
N ) (3.5)
�������%LODQ XO�GH�DQVDPEOX�DO�FD]DQXOXL� Fluxul util GH�F�OGXU��DO�FD]DQXOXL�HVWH� Q �GDW�SULQ�WHP��. )OX[XO�GH�F�OGXU��produs
de arderea combustibilului: ic BHQ = (3.6)
)OX[XO�GH�F�OGXU��DGXV�FX�DHUXO�GH�DUGHUH�� apaoa tcVBQ α= (3.7)
)OX[XO�GH�F�OGXU��SLHUGXW�OD�FRú: coscos IBQ ⋅= (3.8)
)OX[XO�GH�F�OGXU��SLHUGXW�SULQ�DUGHUH�LQFRPSOHW�: ichinc BHqQ = (3.9)
)OX[XO�GH�F�OGXU��SLHUGXW�spre exterior: iextext BHqQ = (3.10) 5H]XOW��tabelul de�ELODQ termic al cazanului:
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
38
Tabelul 3.1. Fluxuri introduse -
pierdere Util
Qc
Qa
– QFRú – Qinc
– Qext
Q
∑ = 'QQ ''∑ = QQ
1RW�: În acest bilDQ �WHUPHQHXO�“– qcosBHi” s-a scris sub forma�H[SOLFLW�:
(–BIFRú�+ Bαcoscpata= –QFRú+Qa).
(URDUHD�UHODWLY�: %1100'
"'≤
−=
Q
QQε (3.11)
'DF��HURDUHD�UHODWLY��GH�vQFKLGHUH�D�ELODQ XOXL�este mai mare de 1% (cea maxim DGPLVLELO��SHQWUX�DFHVW�JHQ�GH calcule) vQVHDPQ��F��V-D�I�FXW�R�JUHúHDO��GH�FDOFXO sau de citire în diagrama I-t.
3.1.5. %LODQ XO� SDU LDO� SH� VXSUDIH H� �FDOFXOXO� WHPSHUDWXULORU� úL� HQWDOSLLORU�gazelor de ardere pe traseu).
(QWDOSLD�WHRUHWLF��D�JD]HORU�GH�DUGHUH�VH�determin��FX�UHOD ia: apafchit tcVqHI 0)1( α+−= (3.12)
DSRL�VH�GHWHUPLQ��WHPSHUDWXUD�WHRUHWLF��GH�DUGHUH�GLQ�GLDJUDPD�,-t: ),I(ft tt α= . 2�LPSRUWDQW�� FDUDFWHULVWLF�� IXQF LRQDO�� D� FD]DQHORU�FX� vQWRDUFHUH a gazelor de
ardere în focar,�R�UHSUH]LQW��LQF�UFDUHD�WHUPLF��VSHFLILF��PDUH�D�VXSUDIH HL�GH�VFKLPE�GH� F�OGXU� a focarului. De aceea intervalul de alegere a temperaturii� OD� FDS�WXO�focarului este:
tf =500÷700 oC.
6H� GHWHUPLQ�� DSRL� GLQ� GLDJUDPD� ,-t entalpia gazelor de ardere OD� FDS�WXO�focarului If=f(tf,α). )OX[XO�GH�F�OGXU��SUHOXDW�SULQ�UDGLD LH�vQ�IRFDU�YD�IL: )()1( ftextR IIBqQ −−= (kW) (3.13)
)OX[XO�GH�F�OGXU��SUHOXDW�în sistemul convectiv va fi: Rc QQQ −= (3.14) (QWDOSLD�JD]HORU�GH�DUGHUH�OD�VIkUúLWXO�GUXPXOXL�FRQYHFWLv este:
Bq
QII
ext
cfc )1( −
−= (3.15)
���&$/&8/8/�7(50,&�$/�&$=$1(/25�'(�$3��&$/'��6$8�),(5%,17(
39
úL�GLQ�GLDJUDPD�,-W�UH]XOW�: ),( αcc Ift = .
ÌQFKLGHUHD�ELODQ XOXL�LPSXQH: Ic≅IFRú��úL�tc≅tFRú. úL�VH�DGPLW�HURULOH�UHODWLYH: 100
cos
cos
II
II
t
c
I −−
=ε � 0,5%
úL� 100
cos
cos
tt
tt
t
c
t −−
=ε � 0,5%
(URUL�PDL�PDUL�LQGLF��R�JUHúHDO���GH�FDOFXO��ÌQ�ILQDO�VH�vQWRFPHúWH�WDEHOXO���2. Tabelul 3.2.
Temperatura gazelor 6XSUDID D )OX[�GH�F�OGXU�
[kW] Intrare [oC]
IHúLUH [oC]
Focar Convectiv
QR
Qc
tt
tf
tf
tc
�������%LODQ XO�JUDILF�DO�FD]DQului
'HELWHOH� GH� F�OGXU�� GLQ� WDEHOHOH� ���� úL� ���� VH� WUDQVSXQ� JUDILF�� OD� VFDU��� FD� vQ�figura 2.3 (cu particularizarea: B*=B; Qpa=0; Qsfc=Qc, Qsi=0; Qec=0; qmec=0; qev=0). 3.1.7. Calculul termic al focarului
Acest calcul are ca scop determinarea supraIH HL�GH�UDGLD LH�6R�FDSDELO��V��SUHLD�GHELWXO� GH� F�OGXU�� UDGLDQW�4R� GH� OD� IODF�U�� úL� JD]HOH� GH� DUGHUH. Deoarece în calcule
intervin gradul de ecranare
=Ψ
per
R
S
S úL� OXQJLPHD� GH� UDGLD LH� �s = 3,6 per
f
S
V) este
necesar un calcul iterativ. Se admite o valoare SUHOLPLQDU� 'RS care în final se va
FRPSDUD�FX�FHD�UH]XOWDW��GLQ�FDOFXO�6R. Valoarea SUHOLPLQDU� '
RS �SRDWH�IL�VWDELOLW��SULQ��GRX��PHWRGH: a) Se admite un IOX[�XQLWDU� UDGLDQW� �vQF�UFDUH� WHUPLF�� specific acestui tip de
focar: qR = 30÷50kW/m2
astfel, S
RR
q
QS =' (m2) (3.16)
E��6H�FDOFXOHD]��VXSUDID D�GH�UDGLD LH�vQ�IRFDU�FX�UHOD LD�de aproximare:
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
40
−
⋅⋅
=44
'
100100765,5 pf
RR
TT
QS
ε
(m2) (3.17)
cu: ε =0,65 pentru combustibil gazos ε =0,75 pentru combustibil lichid Tf=tf +273 (K)
Tp=tm +25+273 (K) unde 2
eim
ttt
+=
Din punct de vedere geometric:
4
2'' D
DLS RR
ππ += (m2) (3.18)
unde: D – diametrul focarului [m]. '
RL – lungimea SUHOLPLQDU� a focarului [m]. Se impune un raport�GH�VXSOH H�D�IRFDUXOXL�� '
RL / D=1,5÷2 �úL�VH�GHWHUPLQ�� 'RL úL�'.
6H�FDOFXOHD]�:
- volumul focarului: Vf = '
2
4 RLDπ
(m3) (3.19
- VXSUDID D�SHUH LOor camerei de ardere: Sper=π⋅D⋅ 'RL +
4
2 2Dπ
(m2) (3.20)
- grosimea stratului radiant de gaze: s = 3,6 per
f
S
V (m) (3.21)
- gradul de ecranare: per
R
S
S=Ψ (3.22)
6H�FDOFXOHD]��FDUDFWHULVWLFD�UDGLDQW��D�JD]HORU�GH�DUGHUH�vQ�FDPHUD�GH�DUGHUH: )(
100038,01
)(
6,18,022
22
2
ROOH
f
ROOH
OH
g ppT
spp
pk +
−
⋅+
+= (3.23)
6H�FDOFXOHD]��FRHILFLHQWXO�GH�DEVRUE LH�DO�JD]HORU�GH�DUGHUH�GLQ�IRFDU:
LR
D
���&$/&8/8/�7(50,&�$/�&$=$1(/25�'(�$3��&$/'��6$8�),(5%,17(
41
sk
g
gea⋅−−= 1 (3.24)
6H�FDOFXOHD]��FDUDFWHULVWLFD�UDGLDQW��D�IO�F�ULL�FX�UHOD LD�de aproximare:
5,01000
6,1 −= f
fl
Tk (3.25)
úL�FRHILFLHQWXO�GH�DEVRUE LH�DO�IO�F�ULL�FX�UHOD LD:
sk
fl
flea⋅−−= 1 (3.26)
3RQGHUHD�DEVRUE LHL�IO�F�ULL�ID ��GH cea a mediului radiant de gaze de ardere din focar VH�IDFH�GXS��Friterii experimentale, considerându-se�R�SURSRU LH�β, din volumul IRFDUXOXL��RFXSDW��GH�SDUWHD�OXPLQRDV��D�IO�F�ULL.
CoeficiHQWXO�GH�DEVRUE LH�DO�IO�F�ULL�úL�JD]HORU�GH�DUGHUH�HVWH�GDW�GH�UHOD LD: gfl aaa ⋅−+⋅= )1( ββ (3.27)
Valorile coeficientului de luminozitate β sunt prezentate în tabelul 3.3. Tabelul 3.3.
)ODF�U��QHOXPLQRDV��GH�FRPEXVWLELO�JD]RV� β = 0,2 )ODF�U��GH�FRPEXVWLELO�OLFKLG� β = 0,6
CRHILFLHQWXO�GH�PXUG�ULUH�D�VXSUDIH HORU�HVWH:
ξ =0,7 ÷ 0,9 combustibil gazos ξ =0,6 ÷ 0,7 combustibil lichid &X�DFHVWH�YDORUL�VH�FDOFXOHD]��FDUDFWHULVWLFD�UDGLDQW��D�IRFDUXOXL:
ξΨ−+=
)1(
82,0
aa
aa f (3.28)
2�DOW��FDUDFWHULVWLF��D�IRFDUXOXL�HVWH�IDFWRUXO�GH�SR]L LH�D�IO�F�ULL�vQ�IRFDU ”M”. )DFWRUXO�GH�SR]L LH�D�IO�F�ULL��vQ�FDPHUD�GH�DUGHUH�HVWH�GDW�GH�UHOD LD�
fMM H
hbaM −=
Pentru combustibil lichid sau gazos constantele au valorile urmãtoare: aM=0,54 úL� EM ���� úL� SHQWUX� UDSRUWXO� vQWUH� vQ�O LPHD� GH� DPSODVDUH� D� DU]�WRUXOXL� úL� vQ�O LPHD�camerei de ardere (Hf=Df):
fH
h =������VH�RE LQH�0� ��,44.
&X�DFHVWH�GDWH�VH�GHWHUPLQ��VXSUDID D�GH�UDGLD LH�D�IRFDUXOXL:
Hf
h
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
42
32
2
38
11
10765,5 MT
T
TTaM
QS
f
t
tff
RR
−
⋅= − ξ (m2) (3.29)
$FHDVW��VXSUDID ��YD�IL�GLIHULW��GH� '
RS dHWHUPLQDW�� vQ�FDOFXOXO�preliminar��'DF��GLIHUHQ D� HVWH�PDL�PDUH� GH�±10% se reia calculul cu valori recalculate de Vf� úL� 6per SHQWUX� QRXD� YDORDUH� D� VXSUDIH HL� GH� UDGLD LH� 6R (pentru calcule mai precise aceDVW� GLIHUHQ � se poate impune la max. ±2%). Rezult��OXQJLPHD�ILQDO��a focarului:
D
DS
LR
R π
π4
2
−= (m) (3.30)
3.1.8. Calculul termic al convectivului Convectivul cazanului este determinat, din punctul de vedere al transferului de cãOGXU�� din calculele anterioare,�SULQ�XUP�WRULL�SDUDPHtrii:
QC –� GHELWXO� GH� F�OGXU�� primit de agentul termic secundar de la sistemul convectiv (kW) ;
tf –�WHPSHUDWXUD�JD]HORU�GH�DUGHUH�OD�LQWUDUH�vQ� HYL���0C) ; tFRú –�WHPSHUDWXUD�JD]HORU�GH�DUGHUH�OD�LHúLUHD�GLQ� HYL��OD�FRú���0C) ; te/ti – temperatura apei (0C).
3HQWUX�VWDELOLUHD�VHF LXQLL�GH�WUHFHUH�D�JD]HORU�GH�DUGHUH�VH�DOHJH�un diametru de HDYã�GLQ�JDPD�GH� HYL�X]XDOH��GH�×δ). Pentru cazane caracterizate de o sarcinã termicã mai micã de 1MW se pot alege:
φ42 × 3; φ45× 3; φ51 × 3; φ 57 ×3; φ 60 × 3; φ 70 × 3,5.
'XS� alegerea diametrului� HYLORU� VH� alege viteza SUHOLPLQDU�� GH� FLUFXOD LH� D�gazelor de ardere w’ în intervalul economic pentru acest tip de cazan:
w’ = (2 ÷ 4) m/s. 6HF LXQHD�GH�FLUFXOD LH�D�JD]HORU�GH�DUGHUH�YD�IL:
273
273,
+⋅= gmg
circ
t
w
VBS (m2) (3.31)
)(2
0cosC
ttt
f
gm
+= este temperatura media a gazelor de ardere.
1XP�UXO�GH� HYL�DO�GUXPXOXL�FRQYHFWLY�YD�IL: 2
4'
i
circ
d
Sn
π= , acesta VH�URWXQMHúWH�superior sau inferior, la QXP�U�întreg par
úL�VH�UHFDOFXOHD]��YLWH]D de�FLUFXOD LH�D�JD]HORU�GH�DUGHUH:
���&$/&8/8/�7(50,&�$/�&$=$1(/25�'(�$3��&$/'��6$8�),(5%,17(
43
273
273
4
2
+⋅= gm
i
g t
dn
VBw
π (3.33)
Pentru temperatura medie a gazelor de ardere tgm se GHWHUPLQ� din anexa 9, XUP�WRDUHOH�YDORUL:
- YkVFR]LWDWHD�FLQHPDWLF�� ν [m2/s] - FRQGXFWLELOLWDWHD�WHUPLF�� λ [W/mK] - QXP�UXO Prandtl Pr De asemenea se GHWHUPLQ� QXP�UXO Prandtl perete Prp la temperatura peretelui
tp cu
tp = tm +(10÷20) oC ; 2
eim
ttt
+= .
&RHILFLHQWXO�GH�VFKLPE�GH�F�OGXU��SULQ�FRQYHF LH se determin��XWLOL]kQG�UHOD LL�criteriaOH�SHQWUX�FLUFXOD LD�JD]HORU�GH�DUGHUH�OD�LQWHULRUXO� HYLORU��conform anexei 10.
De exemplu, pentru 4i 103wd
Re ⋅>=ν
CL
dNu i
+
−+
−=
3/2
3/2
1
)1(Pr8
2,121
Pr)1000(Re8
ξ
ξ
(3.34)
cu )(0,2...0,4LL,Pr
PrC;1,64)(1,82logRe� R
0,11
p
2 +=
=−= −
.
Pentru 2300 < Re < 3 ⋅104:
[ ] CBPr
,A,,Nu
/ 31
30 221
27061513749
++−+= ε (3.35)
cu A=
11,0
p
32/1
i3 i
Pr
PrC;
L
dPrReB;
L
dPrRe
=
=
εo =1,2 ÷� ���� UHSUH]LQW�� HIHFWXO� WXUEXOizatorilor ce se vor monta la interorul HYLORU� FRQYHFWLYH�� IXQF LH� GH� JUDGXO� GH� WXUbulizare realizat ce depinde de IRUP�� úL�pasul�GH�úLFDQDUH. Pentru regimul laminar: Re < 2300:
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
44
110313
30 7061513749
,
p
/
i*
Pr
Pr,
L
dPrRe,,Nu
−⋅+= ε (3.36)
cu *
0ε = 1,6÷2,2.
Pentru turbulizatorii în zig-zag,� FRHILFLHQ LL� GH� FRUHF LH�� 0ε �úL� *0ε pot fi
determinD L�FX�UHOD LLOH experimentale:
200
1422,
r
*
p
,=ε úL�
5
33 20
200
,
,
r
Re
p
, −=ε
unde i
rd
lp = este pasul relativ, cu l – pas zig-zaguri.
&RHILFLHQWXO�GH�VFKLPE�GH�F�OGXU��SULQ�FRQYHF LH�
c
cl
Nuλα = (3.37)
&RHILFLHQWXO�GH�VFKLPE�GH�F�OGXU��SULQ�UDGLD LH�HVWH�GHWHUPLQDW�GH�P�ULPLOH:
- WHPSHUDWXU��PHGLH�D�JD]HORU�GH�DUGHUH: Tgm=tgm+273 (K); - grosimea stratului radiant: s = 0,9 di (m);
- SUHVLXQLOH�SDU LDOH�DOH�JD]HORU�GH�DUGHUH�WULDWRPLFH: 2ROp ; OHp
2
g
g
RO
RO pV
Vp 2
2= [bar.]����úL��� g
g
OH
OH pV
Vp 2
2= [bar.]
&RQVWDQWD�GH�UDGLD LH�D�JD]HORU�VH�GHWHUPLQ��FX�UHOD LD:
l
di
���&$/&8/8/�7(50,&�$/�&$=$1(/25�'(�$3��&$/'��6$8�),(5%,17(
45
)(1000
38,01)(
6,18,022
22
2
ROOH
gm
ROOH
OHpp
T
spp
pkg +
−
⋅+
+= (3.38)
iar coeficientul de emisivitate al gazelor de ardere:
sk
ggea⋅−−=1 (3.39)
&RHILFLHQWXO�GH�VFKLPE�GH�F�OGXU��SULQ�UDGLD LH�VH�determin��FX�UHOD LD:
−
−
+⋅= −
gm
p
gm
p
gmg
p
r
T
T
T
T
Taa
1
1
2
110765,5
6,3
38α (W/m2K) (3.40)
XQGH�SHQWUX�FRHILFLHQWXO�GH�DEVRUE LH�DO�SHUHWHOXL�VH�FRQVLGHU� valoarea ap=0,82 � HDY��WUDV��GH�R HO��LDU�SHQWUX�WHPSHUDWXUD�DEVROXW��D�SHUHWHOXL� HYLL: 27320tT mp ++= (K)
Coeficientul de transfer GH�F�OGXUL��SH�SDUWHD�JD]HORU�GH�DUGHUH va fi: α1 = αc + αr
Coeficientul GH� WUDQVIHU�GH� F�OGXU��α2 pe partea apei, este mult mai mare (de ordinul miilor de W/m2K) în compara Le cu α1 (de ordinul zecilor de W/m2K). ÌQ� DFHVWH� FRQGL LL� FRHILFLHQWXO� JOREDO� GH� WUDQVIHU� GH� F�OGXU�� ”k” este dat de UHOD LD�
1
1
1 εαα
+=Ik (W/m2K) (3.41)
în care s-a QHJOLMDW�UH]LVWHQ D�WHUPLF���1/α2). Valorile coeficientului� GH� PXUG�ULUH� ε pentru gaze de ardere, provenite din
arderea de combustibil gazos, sunt prezentate în tabelul 3.4. Tabelul 3.4.
&RHILFLHQWXO�GH�PXUG�ULUH�– combustibil gazos Viteza w (m/s) 3 6 9 12 15 18 ε ⋅103 (m2K/W) 5,233 3,837 2,791 2,093 1,628 1,395
Se poate�XWLOL]D�úL�UHOD LD�DQDOLWLF�:
6474,031021,11 −− ⋅⋅= wε (m2K/W) (3.42) Pentru gaze de ardere provenind din arderea unui combustibil lichid se poate considera: 0163,0≅ε (m2K/W)
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
46
S SC
t
tma
tf
tc
∆tmax
∆tmin
'LIHUHQ D�PHGLH�GH�WHPSHUDWXU��VH�GHWHUPLQ��FRQIRUP�Iigurii 3.2.�úL�UHOD LHL����43):
min
max
minmax
lnt
t
tttm
∆∆
∆−∆=∆ (3.43)
6XSUDID D� GH� VFKLPE� GH� F�OGXU�� D�convectivului cazanului va fi:
ci
m
cc Ldn
tk
QS π=
∆= (m2) (3.44)
UH]XOW� lungimea convectivului:
i
cc
dn
SL
π= (m) (3.45)
Fig. 3.2.
a) 'DF�� �/c > LR, în limitele Lc = LR + (0,2÷0,4) m, înseamn��F��GLVWDQ D�GLQWUH�SO�FLOH�WXEXODUH�DOH�FD]DQXOXL�HVWe suficient de mare, pentru a permite dilatarea libera a focarului,�GDU�QX�SUHD�PDUH�vQFkW�V��VH�FUHH]H�un volum inutilizabil la interiorul corpului cazanului;
b) 'DF��/c < LR��VH�UHGXFH�QXP�UXO�GH� HYL sau diametrul��DVWIHO�vQFkW�V��VH�DMXQJ��în cazul a);
c) 'DF��/c >> LR��VH�P�UHúWH�QXP�UXO�GH� HYL�DVWIHO�vQFkW�V��VH�DMXQJ��vQ�FD]XO�D�.
3.2. Calculul termic al cazanelor ignitubulare cu pies�� GH� vQWRDUFHUH� D�gazelor de ardere în focar
3.2����'HVFULHUHD�FD]DQHORU��HOHPHQWH�FRPSRQHQWH��PRG�GH�IXQF LRQDUH� 6XQW�FD]DQH�FX�IRFDU�WXEXODU�úL�XQ�GUXP�FRQYHFWLY�LGHQWLFH�FX�FHOH�SUH]HQWDWH�vQ�FDSLWROXO� ����� $X� vQ� SOXV� XQ� FLOLQGUX� GLQ� R HO� UHIUDFWDU� PRQWDW� vQ� IRFDU� �SLHV�� GH�vQWRDUFHUH�� FDUH� HWDQúHD]�� SH� XúD� GH� vQFKLGHUH� úL� DVLJXU�� XQ� IRFDU� FDOG� SHQWUX�amestecul aer –� FRPEXVWLELO��&D]DQHOH� IXQF LRQHD]�� vQ� VXSUDSUHVLXQH�FX�FRPEXVWLELO�OLFKLG�VDX�JD]RV�úL�SURGXF�DS��FDOG��We / ti = 90 / 70 0C.
Aceste cD]DQH�VXQW�DOF�WXLWH�GLQWU-un cilindru cu diametru mare (1), în interiorul F�UXLD�VH�DIO�� VXSUDIH HOH�GH�VFKLPE�GH�F�OGXU��� WXEXO�GH� IODF�U�� ����FX�SHUHWH�QHWHG��vQFDVWUDW�vQ�SODFD�WXEXODU��ID ��������SLHVD�GH�vQWRDUFHUH�D�JD]HORU�GH�DUGHUH�úL� HYLOH�GH�“fXP´� ���� FX� WXUEXOL]DWRUL�� FX� URO� GH� IDVFLFXO� FRQYHFWLY� �������HYLOH� GH� ³IXP´� VXQW�IL[DWH�SULQ�VXGXU��VDX�PDQGULQDUH�vQ�SO�FLOH�WXEXODUH�ID �������úL�VSDWH������ ,QWUDUHD� DSHL� vQ� FD]DQ� ���� VH� IDFH�SH� OD� SDUWHD�GH� VXV� VDX�SH� OD� SDUWHD� LQIHULRDU��� LDU�evacuarHD�DSHL�FDOGH�VH�IDFH�����vQWRWGHDXQD�SH�OD�SDUWHD�VXSHULRDU��
���&$/&8/8/�7(50,&�$/�&$=$1(/25�'(�$3��&$/'��6$8�),(5%,17(
47
8úD�GH�vQFKLGHUH��D�FD]DQXOXL�����L]RODW��WHUPLF��HWDQú��SH�SLHVD������IL[DW��SULQ�DUFXO������úL�DVLJXUm�WUHFHUHD�LQWUDUHD�JD]HORU�GH�DUGHUH�GLQ�IRFDU�vQ�VLVWHPXO�FRQYHFWLY�
Fig. 3.3. Cazan igniWXEXODU�FX�SLHV��GH�vQWRDUFHUH�D�JD]HORU�GH�DUGHUH�vQ�IRFDU
1. corp cazan; 2. focar tubular����� HYL�GH�“fum”�FX�WXUEXOL]DWRUL������DU]�WRU�����Xú��L]RODW��WHUPLF�����LQWUDUH�DS��� ���LHúLUH�DS������FXWLH�FROHFWDUH�JD]H�����OHJ�WXU��OD�FRú������L]ROD LH�WHUPLF�������SODF��WXEXODU��ID ���
����SODF��WXEXODU��VSDte; 13.vizor; 14. teaca termostate; 15. panou comanda si reglaj; 16.SLHV��GH�vQWRDUFHUH�JD]H�de ardere în focar.
/D� DU]�WRU� HVWH� DGXV� FRPEXVWLELOXO� LDU� YHQWLODWRUXO� DVSLU�� � úL� LQWURGXFH� DHUXO�
QHFHVDU� DUGHULL� vQ� WXEXO� GH� DUGHUH� GLQ� IRFDU�� ,Q� LQWHULRUXO� IRFDUXOXL� VH� DSULQGH� úL� VH��VWDELOL]H]�� IODF�UD�GH]YROWkQGX-se debitul de gaze de ardere. Acestea ajung în partea GLQ�VSDWH�D�FDPHUHL�GH�DUGHUH��SLHVD�GH�vQWRDUFHUH��úL�VXQW�REOLJDWH�V��VH�vQWRDUF��spre SDUWHD�GLQ�ID ���între�IRFDUXO�SURSULX�]LV�úL�SLHVD�GH�vQWRDUFHUH. 'DWRULW�� XúLL� FD]DQXOXL� JD]HOH� GH� DUGHUH� VH� vQWRUF� FX� ���0� úL� LQWU�� vQ� HYLOH�FRQYHFWLYH��6XQW�FROHFWDWH�vQ�FXWLD�����úL�HYDFXDWH��SH�FRú�SULQ�úWX XO����. 3.2.2. Tema de proiectare
Prin tema de proiectare se dau: - Q -�VDUFLQD�WHUPLF��D�FD]DQXOXL��vQ�N:�� - te / ti -�WHPSHUDWXUD�DSHL�OD�LHúLUH�úL�LQWUDUH�vQ�FD]DQ����������0C) ; - IHOXO�úL�FRPSR]L LD�FRPEXVWLELOXOXL.
$FHVWH� FD]DQH� IXQF LRQHD]�� GH� RELFHL� FX� Vuprapresiune în focar, deci FRHILFLHQWXO�GH�H[FHV�GH�DHU�HVWH�FRQVWDQW�vQ�IRFDU��vQ�FRQYHFWLY�úL�OD�FRú:
α = αg = αc = αFRú = 1,05 ÷ 1,15.
3
2
8
12
1
10
1 2 3 4
5
6 7
9
10
11
14 15 15
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
48
&RQIRUP� LQGLFD LLORU� GLQ� FDSLWROXO� �� VH� HIHFWXHD]�� FDOFXOXO� DUGHULL�
FRPEXVWLELOXOXL�úL�VH�GHWHUPLQ�: VO, Vgo, Vg, Hi, OHp2
, 2ROp ;�VH�WUDVHD]��GLDJUDPD�,�– t
sau cp – t. �������&DOFXOXO�UDQGDPHQWXOXL�WHUPLF�DO�FD]DQXOXL�úL�D�GHELWXOXL�GH�FRPEXVWLELO� $FHVWH� FD]DQH� IXQF LRQHD]�� QXPDL� FX� FRPEXVWLELO� JD]RV� VDX� OLFKLG�� GHFL�pierderile specifice mecanice (qmec��úL�FHOH�SULQ�HYDFXDUHD�SURGXVHORU�VROLGH�GLQ�FD]DQ�(qcen) sunt nule. De asemenea B* = B. 6H�FDOFXOHD]��SLHUGHULOH�VSHFLILFH�GH�F�OGXU���FDUDFWHULVWLFH�FD]DQXOXL: a. 3LHUGHUHD�VSHFLILF��GH�F�OGXU��SULQ�HQWDOSLD�JD]HORU�GH�DUGHUH�OD�FRú� )LLQG� XQ� FD]DQ� GH� DS�� FDOG�� VH� DGPLWH� R� WHPSHUDWXU�� OD� FRú� FH� VH� SRDWH�GHWHUPLQD�FX�UHOD LD de aproximare:
Ctt
t ei 0cos )8060(
2÷++≅ (3.46)
Din diagrama I –�W�VH�DIO��YDORDUHD�HQWDOSLHL�JD]HORU�GH�DUGHUH�OD�FRú: IFRú = f (tFRú, α)
�����(QWDOSLD�DHUXOXL�WHRUHWLF�GH�DUGHUH�VH�FDOFXOHD]��OD�WHPSHUDWXUD�DPELDQW��Wa=20 0C apaoa tcVI ⋅⋅=0 (3.47)
cu cpa = 1,2971 kJ/ Km3
N
5H]XOW��SLHUGHUHD�VSHFLILF��OD�FRú: )(1
0coscos a
i
IIH
q α−= (3.48)
b. Pierderi spHFLILFH�GH�F�OGXU���SULQ�DUGHUH�LQFRPSOHW��GH�QDWXU��FKLPLF�� ÌQ� FDGUXO� FDOFXOHORU� GH� SURLHFWDUH�� GDWRULW�� SHUIRUPDQ HORU� IXQF LRQDOH� DOH�DU]�WRDUHORU�PRGHUQH,�VH�DGPLWH�R�SLHUGHUH�SULQ�DUGHUH�LQFRPSOHW��GH�QDWXU��FKLPLF� de ordinul:
qch = 0,001 ÷ 0,005
c. 3LHUGHUL�VSHFLILFH�GH�F�OGXU��SULQ�SHUH LL�H[WHULRUL�DL�FD]DQXOXL�� ÌQ� FDGUXO� FDOFXOHORU� GH� SURLHFWDUH�� SHQWUX� FD]DQH� UHODWLY� PLFL�� vQ� IXQF LH� GH�gradul dorit de izolarH�WHUPLF��D�FD]DQXOXL��VH�SRDWH�DOHJH�R�YDORDUH��
qext = 0,005 ÷ 0,015 d. Randamentul cazanului 6H�FDOFXOHD]��FX�UHOD LD� )(1 cos extch qqq ++−=η (3.4)
úL�H[SULPDW�vQ�YDORDUH�SURFHQWXDO��� η=η 100%
���&$/&8/8/�7(50,&�$/�&$=$1(/25�'(�$3��&$/'��6$8�),(5%,17(
49
e. Debitul de combustibil consumat
iH
QB
η= (kg/s) sau ( s/m3
N ) (3.5)
�������%LODQ XO�GH�DQVDPEOX�DO�FD]DQXOXL�
• )OX[XO�XWLO�GH�F�OGXU��DO�FD]DQXOXL�HVWH� 4��GDW�SULQ�WHP��. • )OX[XO�GH�F�OGXU��SURGXV�
de arderea combustibilului: ic BHQ = (3.51)
• )OX[XO�GH�F�OGXU��DGXV�FX�DHUXO�GH�DUGHUH�� apaoa tcVBQ α= (3.52)
• )OX[XO�GH�F�OGXU��SLHUGXW�OD�FRú� coscos BIQ = (3.53)
• )OX[XO�GH�F�OGXU��SLHUGXW�SULQ�DUGHUH�LQFRPSOHW�� ichinc BHqQ = (3.54)
• )OX[XO�GH�F�OGXU��SLHUGXW�VSUH�H[WHULRU� iextext BHqQ = (3.55) 5H]XOW��WDEHOXO������GH�ELODQ �WHUPLF�DO�FD]DQXOXL.
Tabelul 3.5. Combustibil – pierderi Util
Qc
Qa
- QFRú - Qinc
- Qext
Q
∑ = 'QQ ''∑ = QQ
1RW���ÌQ�DFHVW�ELODQ �WHUPHQHXO�“– qcosBHi” s-D�VFULV�VXE�IRUPD�H[SOLFLW��� (–BIFRú�+ Bαcoscpata= –QFRú+Qa).
(URDUHD�UHODWLY��YD�IL: 100'
"'
Q
QQ −=ε (3.56)
úL�VH�YHULILF��HURDUHD�PD[LP��DGPLVLELO��GH���. 'DF��HURDUHD�UHODWLY��GH�vQFKLGHUH�D�ELODQ XOXL�HVWH�PDL�PDUH�GHFkW�YDORDUHD�GH���� �FHD� PD[LP� DGPLVLELO�� SHQWUX� DFHVW� JHQ� GH� FDOFXOH�� vQVHDPQ�� F�� V-D� I�FXW� R�JUHúHDO��GH�FDOFXO�VDX�GH�FLWLUH�vQ�GLDJUDPD�,-t. �������&DOFXOXO�WHPSHUDWXULORU�úL�HQWDOSLLORU�JD]HORU�GH�DUGHUH�SH�WUDVHX� (QWDOSLD�WHRUHWLF��GH�DUGHUH�VH�FDOFXOHD]��FX�UHOD LD: apafchit tcVqHI 0)1( α+−= (3.57)
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
50
apoi se deWHUPLQ��WHPSHUDWXUD�WHRUHWLF��GH�DUGHUH�GLQ�GLDJUDPD�,-t: ),( αtt Ift = .
2�LPSRUWDQW�� FDUDFWHULVWLF�� IXQF LRQDO�� D� FD]DQHORU�FX� vQWRDUFHUH�D� JD]HORU�GH�DUGHUH�vQ�IRFDU�úL�SLHV��GH�vQWRDUFHUH��R�UHSUH]LQW�� LQF�UFDUHD�WHUPLF��VSHFLILF��IRDUWH�mare D�VXSUDIH HL�GH�VFKLPE�GH�F�OGXU��D� IRFDUXOXL��'H�DFHHD� LQWHUYDOXO�GH�DOHJHUH�D�WHPSHUDWXULL�OD�FDS�WXO�IRFDUXOXL�HVWH�
tf =450÷550 oC. 6H� GHWHUPLQ�� DSRL� GLQ� GLDJUDPD� ,-W� HQWDOSLD� JD]HORU� OD� FDS�WXO� IRFDUXOXL�If=f(tf,α). )OX[XO�GH�F�OGXU��SUHOXDW�SULQ�UDGLD LH�vQ�IRFDU�YD�IL: )()1( ftextR IIBqQ −−= (kW) (3.58)
)OX[XO�GH�F�OGXU��SUHOXDW�GH�VLVWHPXO�FRQYHFWLY�YD�IL:
Rc QQQ −= (3.59) (QWDOSLD�JD]HORU�GH�DUGHUH�OD�VIkUúLWXO�GUXPXOXL�FRQYHFWLY�HVWH: cos)1(
IBq
QII
ext
c
fc ≅−
−= (3.59a)
úL�GLQ�GLDJUDPD�,-W�UH]XOW�: coscc t),I(ft ≅α= . ÌQFKLGHUHD�ELODQ XOXL�LPSXQH: Ic ≅ IFRú��úL�tc ≅ tFRú. úL�VH�DGPLW�HURULOH�UHODWLYH: 100
cos
cos
II
II
t
c
I −−
=ε � 0,5% (3.60)
úL� 100
cos
cos
tt
tt
t
c
t −−
=ε � 0,5% (3.61)
Erori�PDL�PDUL�LQGLF��R�JUHúHDO���GH�FDOFXO��ÌQ�ILQDO�VH�vQWRFPHúWH�WDEHOXO������
Tabelul 3.6. Temperatura gazelor 6XSUDID D )OX[�GH�F�OGXU�
intrare LHúLUH Focar Convectiv
QR
Qc
tc
tf
tf
tc
∑ = QQi
���&$/&8/8/�7(50,&�$/�&$=$1(/25�'(�$3��&$/'��6$8�),(5%,17(
51
�������%LODQ XO�JUDILF�DO�Fazanului
'HELWHOH� GH� F�OGXU�� GLQ� WDEHOHOH� ���� úL� ���� VH� WUDQVSXQ� JUDILF�� OD� VFDU��� FD� vQ�figura 2.3 (cu B*=B; Qpa=0; Qspc=QcI+QcII, Qsi=0; Qec=0; qmec=0; qev=0). 3.2.7. Calculul termic al focarului
Calculul termic al focarului este foarte complex GHRDUHFH�WUDQVIHUXO�GH�F�OGXU��GH�OD�IODF�U��úL�JD]H�F�WUH�DS��VH�IDFH�SULQ�LQWHUPHGLXO�SLHVHL�GH�vQWRDUFHUH�GLQ�IRFDU. Un calcul exact se poate face utilizând un program de calcul, lucrând cu VXSUDIH H�úL�volume elementare. ÌQ�FHOH�FH�XUPHD]��VH�SUH]LQW� un calcul simplificat bazat pe valori medii ale SDUDPHWULORU�WHUPLFL�úL�JD]odinamici ce intervin în calcul. 'HELWHOH�GH�F�OGXU��FHGDWH�vQ�FDPHUD�GH�DUGHUH��interiorul piesei de întoarcere) úL�vQWUH�SLHV��úL�IRFDUXO�SURSULX�]LV�VXQW�FHOH�GLQ�ILJXUD������
Fig. 3.4. Schema de calcul termic a focarului
1. IRFDU�����FDPHUD�GH�DUGHUH�����PDQWD����� HYLOH�VLVWHPXOXL�FRQYHFWLY�����DU]�WRU
'HELWHOH�GH�F�OGXU��FRQIRUP�ILJXULL�����VXQW� • QRC –�)OX[XO�GH�F�OGXU��FHGDW�de mediul din focar SULQ�UDGLD LH�vQ�FDPHUD�GH�
ardere cãtre corpul de întoarcere; • QRCF –� )OX[XO� GH� F�OGXU�� WUDQVPLV� SULQ� UDGLD LHL�� de la corpul de întoarcere
cãtre pere LL�focarului ;
QRC
QRCF QGC QGF
DC DF
QFND
tt
tf’
tf tcos
Lf
Lc
1 2 3 4
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
52
• QGF –� )OX[XO� GH� F�OGXU�� FHGDW� GH� JD]HOH� GH� DUGHUH� IRFDUXOXL, convectiv, pe drumul de întoarcere;
• QGC –�)OX[XO�GH�F�OGXU��FHGDW�GH�JD]HOH�GH�DUGHUH�corpului de întoarcere prin FRQYHF LH;
• QFND –�)OX[XO�GH�F�OGXU��FHGDW�SULQ�VXSUDID D�GH�IXQG�D�IRFDUXOXL� • QR –�)OX[XO�GH�F�OGXU��SUHOXDW�GH�IRFDU� �4RCF + QGF + QFND.
Transferul de cãldurã realizat în focar este caracterizat de trei temperaturi care
odata cunoscute definesc complet toate fluxurile de cãldurã enumerate anterior. Aceste temperaturi sunt: - tf
’ – temperatura gazelor de ardere la intrarea în drumul de întoarcere; - tf – temperatura gazeloU�GH�DUGHUH�OD�LHúLUHD�GLQ�IRFDU� - tp – temperatura peretelui corpului de întoarcere (valoare medie);
Pentru determinarea acestui complex de necunoscute este necesar un sistem de WUHL�HFXD LL�FH�HVWH�SUH]HQWDW�vQ�FRQWLQXDUH� - HFXD LD� GH� ELODQ � D� JD]HORU� GH� Drdere vQWUH� VHF LXQHD� DU]mWRUXOXL� úL� VHF LXQHD� GH�
întoarcere: ))(1( '
ftextFNDRC IIqBQQ −−=+ (3.62.1)
- HFXD LD�GH�ELODQ �D�JD]HORU�GH�DUGHUH�SH�vQWUHJ�IRFDUXO�
(3.62.2)
- HFXD LD�GH�ELODQ �D�corpului de întoarcere:
(3.62.3)
unde fluxurile au urmãtoarele explicitãri:
)(2
110765,5 42
'28
pftRC
p
gRC TTTSa
aQ −+
×= − ξ (3.63)
unde Tp este temperatura medie a peretelui camerei de ardere.
(3.64)
)(10765,5 44
.8
pfpRCfcRCF TTSCQ −×= − (3.65)
QGF = SRF ⋅ kCF ⋅ ∆tmCF (3.66) cu kCF –�FRHILFLHQWXO�JOREDO�GH�WUDQVIHU�GH�F�OGXU���vQ�VSD LXO�LQHODU�
∆tmCF –�GLIHUHQ D�PHGLH�ORJDULWPLF��GH�WHPSHUDWXUL�vQ�VSD LXO�LQHODU�
))(1( ftextFNDGFRCF IIqBQQQ −−=++
RCFGCRCF QQQ +=
)(2
110765,5 42
'28
pfftFND
p
gFND TTTSa
aQ −+
×= − ξ
���&$/&8/8/�7(50,&�$/�&$=$1(/25�'(�$3��&$/'��6$8�),(5%,17(
53
QGC = SRC ⋅ k*
CF ⋅ ∆tmCF (3.67) Mãrimile geometrice ce caracterizeazã focaUXO�VXQW��FX�QRWD LLOH�GLQ�ILJXUD������
- suprafa a corpului de întoarcere: SRC=π⋅dc⋅Lf
- VXSUDID D�IXQGXOXL�GH�IRFDU(utilã de transfer de cãldurã): SFND=4
2fdπ
- VXSUDID D�ODWHUDOã a focarului (utilã de transfer de cãldurã): ffRF LdS π=
Intr-o variantã simplificatã a calculului se admite o predimensionare a focarului
urmând a se face o verificare a parametrilor de transfer de cãldurã caracteriza L�VLQWHWLF�SULQ� WHPSHUDWXUD� GH� LHúLUH� GLQ� IRFDU��7LQkQG� FRQW� GH� FDUDFWHULRVWLFLOH� IXQF LRQDOH� DOH�focarului predimensionarea se va face împãr LQG�IOX[XO�WRWDO�FHGDW�GH�JD]HOH�GH�DUGHUH�OD�VWUmEDWHUHD� IRFDUXOXL� vQ�FRPSRQHQWm� UDGLDWLYm�úL�FRPSRQHQWm�FRQYHFWLYm��$VWIHO� VH�considerã componenta radiativã ca fiind caracteristicã pentru volumul interior al FRUSXOXL� GH� vQWRDUFHUH� �FRQVLGHUDW� FRQYHQ LRQDO� OD� WHPSHUDWXUD� SHUHWHOXL� GH� IRFDU�� úL�componenta convectivã ce ac LRQHD]ã pe suprafa D�ODWHUDOã a peretelui focarului. Uzual se admite o pondere a componentei radiative cuprinsã între 85-90% din fluxul de cãldurã total cedat pe focar (restul fiind afectat componentei convective).
3HQWUX�VWDELOLUHD�P�ULPLORU�preliminare dC�úL�/f se admite un flux radiant în camera
de ardere qR = 40 ÷ 60 kW/m2.
6H�GHWHUPLQ��FX�R�UHOD LH�GH�DSUR[LPDUe: SRC = ( )R
R
q
Q9,085,0 − .
Se admite Lf/dc = 1,5 ÷���úL�VH�GHWHUPLQ��P�ULPLOH�Lf úL dc.
3HQWUX�FDPHUD�GH�DUGHUH�VH�FDOFXOHD]�:
- volumul focarului: Vf = fc L
d
4
2π ;
- VXSUDID D�SHUH LORU�FDPHUHL�GH�DUGHUH: Sper=π⋅dc⋅Lf + 4
2 2cdπ
;
- grosimea stratului radiant de gaze: s = 4 per
f
S
V ;
- gradul de ecranare: per
RC
S
S=Ψ .
6H�FDOFXOHD]��FDUDFWHULVWLFD�UDGLDQW��D�JD]HORU�GH�DUGHUH�vQ�FDPHUD�GH�DUGHUH:
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
54
)(1000
38,01)(
6,11,022
22
2
ROOH
mg
ROOH
OHpp
T
spp
pkg +
−
⋅+
+= (3.68)
6H�FDOFXOHD]��FRHILFLHQWXO�GH�DEVRUE LH�DO�JD]HORU�GH�DUGHUH�GLQ�IRFDU:
sk
g
gea−−= 1 (3.69)
6H�FDOFXOHD]��FDUDFWHULVWLFD�UDGLDQW��D�IO�F�ULL�FX�UHOD LD�de aproximare:
5,01000
6,1 −= f
fl
Tk (3.70)
úL�FRHILFLHQWXO�GH�DEVRUE LH�DO�IO�F�ULL�FX�UHOD LD:
sk
fl
flea−−=1 (3.71)
3RQGHUHD�DEVRUE LHL�IO�F�ULL�ID ��GH�FHD�D�PHGLXOXL�UDGLDQW�GH�JD]H�GH�DUGHUH�GLQ�
IRFDU�VH�IDFH�GXS��FULWHULL�H[SHULPHQWDOH��FRQVLGHUkQGX-VH�R�SURSRU LH�β, din volumul IRFDUXOXL��RFXSDW��GH�SDUWHD�OXPLQRDV��D�IO�F�ULL.
CoHILFLHQWXO�GH�DEVRUE LH�DO�IO�F�ULL�úL�JD]HORU�GH�DUGHUH�HVWH�GDW�GH�UHOD LD� gfl
aaa ⋅−+⋅= )1( ββ (3.72)
Valorile coeficientului de luminozitate β sunt prezentate în tabelul 3.3.
6H�FDOFXOHD]��FDUDFWHULVWLFD�UDGLDQW��D�FDPHUHL�GH�DUGHUH:
ξΨ−+⋅
=)1(
82,0
aa
aa fc (3.73)
XQGH�FRHILFLHQWXO�GH�PXUG�ULUH: ξ =0,7 ÷ 0,9 combustibil gazos ξ =0,6 ÷ 0,7 combustibil lichid )DFWRUXO�GH�SR]L LH�D�IO�F�ULL��vQ�FDPHUD�GH�DUGHUH�HVWH�GDW�GH�UHOD LD:
fMM H
hbaM −= (3.74)
cu constantele: aM �����úL�EM=0,2 �SHQWUX�IODF�U��GH�FRPEXVWLELO�JD]RV�VDX�OLFKLG��úL SHQWUX�UDSRUWXO�vQWUH�vQ�O LPHD�GH�DPSODVDUH�D�DU]�WRUXOXL�úL�vQ�O LPHD�FDPHUHL:
fH
h= 0,3 (Hf = dc)
Hf
h
���&$/&8/8/�7(50,&�$/�&$=$1(/25�'(�$3��&$/'��6$8�),(5%,17(
55
Diametrul corpului de întoarcere�VH�GHWHUPLQ�� LPSXQkQG�R�YLWH]��D�JD]HORU�GH�DUGHUH�vQ�VSD LXO�LQHODU, wg = 4 ÷ 6 m/s (cu valori mici pentru cazane mici):
273
273
)(4
22
' +⋅
−= gm
cf
g
g
t
dd
BVw
π ,
unde 2
'ff
gm
ttt
+=
5H]XOW�: 273
2734'
2 ++= gm
g
g
cf
t
w
BVdd
π (3.75)
Diametrul focarului astfel determinat sH�URWXQMHúWH�OD�YDORUL�vQWUHJL�(de preferat modul de 10 mm) úL�VH�UHFDOFXOHD]��YLWH]D�viteza gazelor de ardere (wg).
&X�DFHVWH�GDWH�VH�GHWHUPLQ��WHPSHUDXUD�GH�OD�FDS�WXO�IRFDUXOXL��
( ) 11
6,03
*
+
⋅⋅−⋅⋅⋅⋅
=
pginc
Rtfo
tf
cVBq
STaCM
TT
ξ [oK] (3.76)
unde T*f reprezintã temperatura pe care ar avea-R�JD]HOH�GH�DUGHUH�OD�LHúLUHD�GLQ�IRFDU�
dacã acesta ar fi în solu LH�FRQVWUXFWLYã cu strãpungere. Pentru a verifica temperatura UHDOm�D�JD]HORU�GH�DUGHUH�OD�LHúLUHD�GLQ�IRFDU�vQ�VROX LD�FX�vQWRDUFHUH�YD�WUHbui calculatã FRPSRQHQWD� FRQYHFWLYm� úL� GHWHUPLQDWm� VFmGHUHD� GH� WHPSHUDWXUm� FH� FRUHVSXQGH�DFHVWHLD�� 7HPSHUDWXUD� DVWIHO� RE LQXWm� YD� IL� FRPSDUDWm� FX� WHPSHUDWXUD� GH� LHúLUH� GLQ�focar impusã în bilan XO�SDU LDO�SH�VXSUDIH H�� Coeficientul global de transfHU�GH�F�OGXU��kGF�VH�FDOFXOHD]��FX�UHOD LD�������:
1
1
1 εαα
+=GFk , cu ε�GDW�GH�WDEHOXO�������VDX�UHOD LLOH��������úL�������.
rc ααα +=1 &RHILFLHQWXO�GH�VFKLPE�GH�F�OGXU��SULQ�FRQYHF LH�VH�GHWHUPLQ��XWLOL]kQG�UHOD LL�criteriale pentru FLUFXOD LD� JD]HORU� GH� DUGHUH� OD� LQWHULRUXO� FDQDOHORU� FX� VHF LXQH�FLUFXODU���FRQIRUP�DQH[HL����SXQFWXO��� pentru:
g
cg lW
ν=Re
unde�OXQJLPHD�FDUDFWHULVWLF�:
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
56
cf
cf
cfcirc
c dddd
dd
P
Sl −=
+
−==
)(
)(4
4422
π
π
De exemplu, pentru Re>3· 104
CL
dNu i
+
−+
−=
3/2
3/2
0 1
)1(Pr8
2,121
Pr)1000(Re8
ξ
ξ
ε (3.34*)
cu )4,02,0(,Pr
Pr;)64,1Relog82,1(
11,0
2 ÷+=
=−= −
R
p
LLCξ , ε0=1
Pentru 2300 < Re < 3 ⋅104:
CBANu
3/1
30 Pr221
2]7,0615,1[37,49
++−+= ε (3.35*)
cu A=
11,032/1
3
Pr
Pr;PrRe;PrRe
=
=
p
ii CL
dB
L
d, εo=1.
Pentru regimul laminar: Re < 2300:
11,03/13
3*0 Pr
Pr7,0PrRe615,137,49
−⋅+=
p
i
L
dNu ε (3.36*)
cu *0ε = 1.
Practic se XWLOL]HD]��UHOD LLOH��������úL��������VDX�������,notate acum suplimentar cu (*)
pentru care ε úL� *0ε sunt egale cu unitatea.
&RHILFLHQWXO�GH�VFKLPE�GH�F�OGXU��SULQ�FRQYHF LH�
c
cl
Nuλα =
&RHILFLHQWXO�GH�VFKLPE�GH�F�OGXU��SULQ�UDGLD LH�VH�FDOFXOHD]��utilizând�UHOD LLOH����������������úL���������pentru care care grosimea stratului radiant este:
���&$/&8/8/�7(50,&�$/�&$=$1(/25�'(�$3��&$/'��6$8�),(5%,17(
57
)(9,0)(
)(46,36,3
22
cf
gcf
gcf
p
gdd
Ldd
Ldd
S
Vs −=
+
−==
ππ
π
úL 2732
*
++
= ff
gm
ttT
2732080 ++=pT (K)
'LIHUHQ D�PHGLH�D�WHPSHUDWXULORU�VH�FDOFXOHD]��FX�UHOD LD:
80
80ln
)80()80(*
*
−
−−−−
=∆
f
f
ff
GF
t
t
tttm
6H�FDOFXOHD]��QGF = ( ) GFffGF tmLdk ∆⋅⋅⋅⋅ π
Se calculeazã entalpia gazelor la LHúLUH� GLQ� IRFDU� � Bq
QII
ext
GCff )1(*
−−= ; din
diagrama I-W� �� IXQF LH� HQWDOSLH� úL�FRHILFLHQWXO�GH�H[FHV�GH�DHU�din focar se determinã WHPSHUDWXUD�JD]HORU�OD�LHúLUH�GLQ�IRFDU, tf. Deoarece calculul este aproximativ eroarea admisibilã este de ±10%. In cazul vQ�FDUH�VH�GHSmúHúWH�DFHDVWm�HURDUH�VH�YD�UHGLPHQVLRQD�VXSUDID D�GH�WUDQVIHU�GH�Fãldurã SULQ� UDGLD LH� �� GLDPHWUXO� úL� OXQJLPHD corpului de întoarcere ) cu o cotã procentualã HJDOm�FX�UDGLFDO�GH�RUGLQXO���GLQ�HURDUHD�SH�WHPSHUDWXUL��7RWXúL��GDFm�WHPSHUDWXUD�GH�LHúLUH�GLQ�IRFDU�FRUHVSXQGH�GRPHQLXOXL�HFRQRPLF�VH�SRDWH�DFFHSWD�FD�DWDUH�XUPkQG�D�se modifica sarcina pe convectiv în conVHFLQ ã conform rela LLORU������������ 3.2.8. Calculul termic al convectivului Convectivul cazanului este determinat, din punctul de vedere al transferului de cãOGXU���GLQ�FDOFXOHOH�DQWHULRDUH�SULQ�XUP�WRULL�SDUDPHWULL��
QC –�GHELWXO�GH�F�OGXU��util preluat în sistemul convectiv (kW) ; tf –�WHPSHUDWXUD�JD]HORU�GH�DUGHUH�OD�LQWUDUH�vQ� HYL���0C) ; tFRú –�WHPSHUDWXUD�JD]HORU�GH�DUGHUH�OD�LHúLUHD�GLQ� HYL��OD�FRú���0C) ; te/ti – temperatura apei (0C).
0HWRGRORJLD�GH�FDOFXO�HVWH�LGHQWLF��FX�FHD�SUH]HQWDW��vQ�FDSLWROXO������. 3HQWUX� VWDELOLUHD� VHF LXQLL� GH� WUHFHUH� D� JD]HORU� GH� DUGHUH� VH� DOHJH� GLDPHWUXO� HYLORU�GLQ�JDPD�GH� HYL�X]XDOH��GH�×δ):
φ42 × 3; φ45× 3; φ51 × 3; φ 57 ×3; φ 60 × 3; φ 70 × 3,5. 'XS�� DOHJHUHD� GLDPHWUXOXL� HYLORU� VH� DOHJH� YLWH]D� SUHOLPLQDU�� GH� FLUFXOD LH� D�gazelor de ardere w’ în intervalul economic pentru acest tip de cazan:
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
58
w’ = (2 ÷ 4) m/s. 6HF LXQHD�GH�FLUFXOD LH�D�JD]HORU�GH�DUGHUH�YD�IL�
273
273
'
+⋅= gmg
circ
t
w
VBS (m2) (3.31)
)(2
0cosC
ttt
f
gm
+= este temperatura media a gazelor de ardere.
1XP�UXO�GH� HYL�DO�GUXPXOXL�FRQYHFWLY�YD�IL� 2
4'
i
circ
d
Sn
⋅=
π
Acesta VH�URWXQMHúWH�VXSHULRU�VDX�LQIHULRU��OD�QXP�U�vQWUHJ�SDU�úL�VH�UHFDOFXOHD]��YLWH]D�GH�FLUFXOD LH�D�JD]HORU�GH�DUGHUH��
273
273
4
2
+⋅= gm
i
g t
dn
VBw
π (3.33)
Pentru temperatura medie a gazelor de ardere tgm� VH� GHWHUPLQ�� GLQ� DQH[D� ���XUP�WRDUHOH�YDORUL�
- YkVFR]LWDWHD�FLQHPDWLF�� ν [m2/s] - FRQGXFWLELOLWDWHD�WHUPLF�� λ [W/mK] - QXP�UXO�3UDQGWO� Pr 'H�DVHPHQHD�VH�GHWHUPLQ��QXP�UXO�3UDQGWO�SHUHWH�Prp la temperatura peretelui
tp cu
tp = tm +(10÷20) oC ; 2
eim
ttt
+= .
&RHILFLHQWXO�GH�VFKLPE�GH�F�OGXU��SULQ�FRQYHF LH�VH�GHWHUPLQ��XWLOL]kQG�UHOD LL�FULWHULDOH� SHQWUX� FLUFXOD LD� JD]HORU� GH� DUGHUH� OD� LQWHULRUXO� HYLORU��conform anexei 10 punctul 5.
De exemplu, pentru 4103Re ⋅>=
νiwd
CL
d
x
Nu i
+
−+
−=
3/2
3/2
1
)1(Pr2,121
Pr)1000(Re8
ξ
ξ
(3.77)
���&$/&8/8/�7(50,&�$/�&$=$1(/25�'(�$3��&$/'��6$8�),(5%,17(
59
cu )4,02,0(,Pr
Pr;)64,1Relog82,1(
11,0
2 ÷+=
=−= −
R
p
LLCξ .
Pentru 2300< Re < 3 ⋅104�úL������Gi/L < 1:
CBANu
3/1
30 Pr221
2]7,0615,1[37,49
++−+= ε (3.78)
cu A=
11,032/1
3
Pr
Pr;PrRe;PrRe
=
=
p
ii CL
dB
L
d
εo ���� ·� ���� UHSUH]LQW�� HIHFWXO turbulizatorilor ce se vor monta la interorul HYLORU�FRQYHFWLYH��IXQF LH�GH�JUDGXO�GH�WXOEXUL]DUH�UHDOL]DW��IRUP��úL�SDV�GH�úLFDQDUH�� Pentru regim laminar Re < 2300
11,03/13
3*0 Pr
Pr7,0PrRe615,137,49
−⋅+=
p
i
L
dNu ε (3.79)
cu *0ε = 1,6÷2,2.
Pentru turbulizatorii în zig-zag�� FRHILFLHQ LL� GH� FRUHF LH�� 0ε �úL� *0ε pot fi
GHWHUPLQD L�FX�UHOD LLOH�H[SHULPHQWDOH� 2,0
*0
142,2
br=ε �����úL��������
5
Re3,3 2,0
2,00 −=br
ε (3.37)
unde id
lbr = este pasul relativ, cu l – pas zig-zaguri.
În toate cazurile:
c
cl
Nuλα =
l
di
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
60
&RHILFLHQWXO�GH�VFKLPE�GH�F�OGXU��SULQ�UDGLD LH�HVWH�GHWHUPLQDW�GH�P�ULPLOH:
- WHPSHUDWXU��PHGLH�D�JD]HORU�GH�DUGHUH: Tgm=tgm+273 (K) ; - grosimea stratului radiant: s=0,9 di (m) ;
- SUHVLXQLOH�SDU LDOH�DOH�JD]HORU�GH�DUGHUH�WULDWRPLFH: 2ROp ; OHp
2 (bar).
&RQVWDQWD�GH�UDGLD LH�D�JD]HORU�HVWH: )(
100038,01
)(
6,18,022
22
2
ROOH
gm
ROOH
OHpp
T
spp
pkg +
−
+
+= (3.81)
cu Tm = tm + 273 (K); iar coeficientul de emisivitate al gazelor de ardere:
kgs
g ea−−= 1 (3.82)
&RHILFLHQWXO�GH�VFKLPE�GH�F�OGXU��SULQ�UDGLD LH�VH�FDOFXOHD]��FX�UHOD LD:
−
−
+⋅= −
gm
p
gm
p
gmg
p
r
T
T
T
T
Taa
1
1
2
110765,5
6,3
38α (W/m2K) (3.83)
XQGH� SHQWUX� FRHILFLHQWXO� GH� DEVRUE LH� DO� SHUHWHOXL� VH� LD� YDORarea ap = ����� úL� SHQWUX�WHPSHUDWXUD�DEVROXW��D�SHUHWHOXL� HYLL: 27320 ++= mp tT (0K)
Coeficientul de WUDQVIHU� GH� F�OGXU� pe partea gazelor de ardere (la interiorul HYLORU��YD�IL: α1 = αc + αr
Coeficientul α2 (pe partea apei) este mult mai mare (de ordinul miilor de W/m2K) în comparate cu α1 (de ordinul zecilor de W/m2K). ÌQ�DFHVWH�FRQGL LL�FRHILFLHQWXO�JOREDO�GH�WUDQVIHU�GH�F�OGXU��N�HVWH�GDW�GH�UHOD LD:
1
1
1 εαα
+=Ik (W/m2K) pentru care s-a neglijat 1/α2 (3.84)
CoeficieQWXO� GH� PXUG�ULUH� ε pentru gaze de ardere provenite din combustibil gazos este dat în tabelul 3.7.
Tabelul 3.7 &RHILFLHQWXO�GH�PXUG�ULUH�– combustibil gazos
Viteza wI (m/s) 3 6 9 12 15 18 ε ⋅103 (m2K/W) 5,233 3,837 2,791 2,093 1,628 1,395
���&$/&8/8/�7(50,&�$/�&$=$1(/25�'(�$3��&$/'��6$8�),(5%,17(
61
Se poaWH�XWLOL]D�úL�UHOD LD�DQDOLWLF�:
6474,031021,11 −− ⋅⋅= wε (m2K/W) (3.85)
Pentru gaze de ardere provenind din combustibil lichid: 0163,0≅ε (m2K/W) 'LIHUHQ D� PHGLH� GH� WHPSHUDWXU�� VH� GHWHUPLQ�� FRQIRUP� ILJXULL� ���� úL� UHOD LHL�(3.43):
min
max
minmax
lnt
t
tttm
∆∆
∆−∆=∆
Fig. 3.5. 6XSUDID D�GH�VFKLPE�GH�F�OGXU��D�GUXPXOXL�FRQYHFWLY�YD�IL: ci
m
cc Ldn
tk
QS π=
∆= (m2)
UH]XOW�:
i
cc
dn
SL
π= (m)
a) 'DF�� �/c > LR, în limitele Lc = LR + (0,2÷0,4) m,� vQVHDPQ��F��GLVWDQ D�GLQWUH�
SO�FLOH�WXEXODUH�DOH�FD]DQXOXL�HVWH�VXILFLHQW�GH�PDUH�SHQWUX�D�SHUPLWH�GLODWDUHD�OLEHUD� D� IRFDUXOXL�� GDU� QX� SUHD� PDUH� DVWIHO� vQFkW� V�� VH� FUHH]H� XQ� YROXP�inutilizabil la interiorul corpului cazanului;
b) 'DF��/c < LR, se reduce num�UXO�GH� HYL�VDX�GLDPHWUXO��DVWIHO�vQFkW�V��VH�DMXQJ��în cazul a);
c) 'DF��/c >> LR��VH�P�UHúWH�QXP�UXO�GH� HYL�DVWIHO�vQFkW�V��VH�DMXQJ��vQ�FD]XO�D��
S SC
t
tma
tf
tc
∆tmax
∆tmin
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
62
3.3. Calculul termic al cazanelor acvatubulare din elemente cu
vQWRDUFHUHD�JD]HORU�GH�DUGHUH�vQ�IRFDU�úL�XQ�GUXP�FRQYHFWLY� 3.3����'HVFULHUHD�FD]DQHORU��HOHPHQWH�FRPSRQHQWH��PRG�GH�IXQF LRQDUH�
6XQW� FD]DQH� FX� IRFDU� FDPHU�� ODUJ��� vQ� FDUH� VH� vQWorc gazele de ardere, au un GUXP� FRQYHFWLY� úL� SRW� IXQF LRQD� atât în suprapresiune� FkW� úL� vQ� GHSUHVLXQH, cu FRPEXVWLELO�JD]RV�VDX�OLFKLG��3URGXF�DS��FDOG��We / ti = 90 / 70 0C.
Principalele elemente componente ale cazanului sunt prezentate în figurile 3.6 úL������
Fig. 3.6. Schema unui cazan din elemente cu un drum convectiv.
���(OHPHQW�FXUHQW�����(OHPHQW�vQFKLGHUH�ID ������(OHPHQW�vQFKLGHUH�VSDWH�����$U]�WRU�����9L]RU�� ���3ODWEDQGH�GH�HWDQúDUH�vQWUH�HOHPHQWH������'LVWULEXLWRU�����&ROHFWRU�����7HDF��SHQWUX�WHUPRVWDWH�
����3URPRWRUL�GH�WXUEXOHQ �������5DFRUGXUL�LQWUDUH�LHúLUH�DSã�FDOG��vQF�O]LUH������5DFRUG�GH�HYDFXDUH�JD]H�GH�DUGHUH�OD�FRú������,]ROD LH�WHUPLF��úL�FDUFDV��H[WHULRDU�������(úDIRGDM�GH�VXV LQHUH�
3
11
11
12
6
7
8 9 10 13
14
13
3
10
1
2
4
5
���&$/&8/8/�7(50,&�$/�&$=$1(/25�'(�$3��&$/'��6$8�),(5%,17(
63
Elementele WLS� DOH� FD]DQXOXL� VXQW� H[HFXWDWH� GLQ� HYL� WUDVH� úL� QHWHGH� GLQ� R HO��vPELQDWH� vQWUH� HOH� SULQ� VXGXU��� VXE� IRUPD� D� GRX�� FDGUH� GUHSWXQJKLXODUH�� XQXO�FRUHVSXQ]�WRU� IRFDUXOXL�� FHO�ODOW� FRUHVSXQ]�WRU� VLVWHPXOXL� FRQYHFWLY�� (OHPHQWHOH� WLS�sunt asamblate între ele pULQ� VXGXU��� SULQ� LQWHUPHGLXO� XQRU� SODWEDQGH� PHWDOLFH��DOF�WXLQGX-VH� DVWIHO� XQ� FD]DQ� EORF�� FX� IRFDU� FDPHU�� I�U�� VWU�SXQJHUH� úL� XQ� GUXP�FRQYHFWLY�� 7RDWH� VXGXULOH� VH� H[HFXW�� GLQVSUH� H[WHULRUXO� FRUSXOXL� FD]DQXOXL� LDU�FRUGRDQHOH� GH� VXGXU�� VXQW� FRQWLQXH�� )LHFDUH� HOHPHQW� HVWH� OHJDW� SULQ� úWX XUL� OD�GLVWULEXLWRUXO�úL�FROHFWRUXO�GH�DS��DO�FD]DQXOXL�
)LJ�������(OHPHQW�WLS��D���HOHPHQW�vQFKLGHUH�ID ���E��úL�HOHPHQW�vQFKLGHUH�VSDWH��F� ��� HYL�QHWHGH�GLQ�R HO����� HDY��RUL]RQWDO��GH�OHJ�WXU�������IRFDU� ���VLVWHPXO�FRQYHFWLY�����SODWEDQGH�GH�OHJ�WXU� între elemente.
,Q�GUXPXO� FRQYHFWLY� DO� FD]DQXOXL� VH� UHDOL]HD]�� LQWHQVLILFDUHD� WUDQVIHUXOXL�GH�F�OGXU���DFROR� XQGH� JD]HOH� GH� DUGHUH� vQWkOQHVF� XQ� SDFKHW� GH� WXUEXOL]DWRUL�� VSHFLILFL�� H[HFXWD i GLQ�WDEO��GH�R HO�vQ�]LJ-zag.
Trecerea gazelor de ardere din focar în drumul convectiv se face prin partea din ID ��D�FD]DQXOXL��$LFL�HVWH�SUHY�]XW��R�Xú��GH�vQFKLGHUH�UDFLWm�úL�R�]RQm�GH�SULQGHUH�D�arzãtorului�F�SWXúLW�� �FX�L]ROD LH�WHUPLF���GLQ�ILEU��FHUDPLF���UH]LVWHQW��OD�WHPSHUDWXUL�ridicate.
)XQF LRQDUHD� FD]DQXOXL� SRDWH� IL� vQ HOHDV�� XUP�ULQG� FHOH� GRX�� FLUFXLWH� DOH�DJHQ LORU�WHUPLFL��FLUFXLWXO�JD]HORU�GH�DUGHUH�úL�FLUFXLWXO�DSHi. Gazele de ardere formate vQ�IRFDU�SDUFXUJ�OXQJLPHD�FD]DQXOXL�úL�DMXQJ�vQ�SDUWHD�GLQ�VSDWH��'DWRULW��WLUDMXOXL�VXQW�REOLJDWH� V�� VH� vQWRDUF�� vQ� GLUHF LH� LQYHUV��� V�� SDUFXUJ�� GLQ� QRX� OXQJLPHD� FD]DQXOXL���DMXQJkQG�DVWIHO�vQ�SDUWHD�GLQ�ID ��XQGH�HOHPHQWXO�GH�vQFKLGHUH�ID ��OH�REOLJ��V��LQWUH�vQ�drumul convectiv. Gazele de ardere parcurg din nou lungimea cazanului, apoi sunt FROHFWDWH�vQ�FXWLD�GH�FROHFWDUH�úL�HYDFXDWH�SULQ�UDFRUGXO�OD�FRú�
(a) (c) (b)
1
2
3
4
5
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
64
$SD�UHFH�GLQ�UHWXUXO�LQVWDOD LHL�GH�vQF�O]LUH��LQWU��prin distribuitorul cazanului în WRDWH�HOHPHQWHOH�úL�SH�P�VXU��FH�SDUFXUJH� HYLOH�VH�vQF�O]HúWH��$SD�FDOG��HVWH�FROHFWDW��OD�SDUWHD�VXSHULRDU��D�FD]DQXOXL�úL�WULPLV��OD�FRQVXPDWRUL� &D]DQXO� HVWH� L]RODW� WHUPLF� FX� YDW�� PLQHUDO�� úL� SURWHMDW� OD� H[WHULRU� FX� WDEO��VXE LUH��6H�RE LQH�DVWIHO�XQ�FD]DQ�PRQREORF�SHQWUX�FDUH��PRGLILFkQG�GLPHQVLXQLOH�GH�gDEDULW�DOH�HOHPHQWHORU��GLDPHWUXO� HYLORU�úL�QXP�UXO�GH�HOHPHQWH�VH�SRW�RE LQH�GLYHUVH�YDULDQWH�GH�VDUFLQL�WHUPLFH��GXS��QHFHVLW� L� 'HúL� FRQVXPXO� GH� PDWHULDO� úL� GH� PDQRSHU�� SHQWUX� H[HFX LD� DFHVWRU� WLSXUL� GH�cazane este mare, se impune avantajul de a se SXWHD�LQWURGXFH�SH�HOHPHQWH��SULQ�VSD LL�vQJXVWH�úL�GH�D�VH�PRQWD�la�ORFXO�GH�IXQF LRQDUH� 3.3.2. Tema de proiectare
Prin tema de proiectare se dau:
- Q –�VDUFLQD�WHUPLF��D�FD]DQXOXL��vQ�N:�� - te / ti –�WHPSHUDWXUD�DSHL�OD�LHúLUH���LQWUDUH�vQ�Fazan, (90/70 0C sau 80/60 0C); - QDWXUD�úL�FRPSR]L LD�FRPEXVWLELOXOXL��OLFKLG�VDX�JD]RV��
$FHVWH� FD]DQH� IXQF LRQHD]�� GH� RELFHL� FX� VXSUDSUHVLXQH� vQ� IRFDU�� GHFL�
FRHILFLHQWXO�GH�H[FHV�GH�DHU�HVWH�DFHODúL�SHQWUX�IRFDU��SHQWUX�FRQYHFWLY�úL�OD�FRú� α = αf = αcv = αFRú = 1,05 ÷ 1,15 = ct. &RQIRUP� LQGLFD LLORU� GLQ� FDSLWROXO� �� VH� HIHFWXHD]�� FDOFXOXO� DUGHULL�
FRPEXVWLELOXOXL�úL�VH�GHWHUPLQ���Vo, Vgo, Hi, OH2p ,
2ROp úL�VH�WUDVHD]��GLDJUDPD�,�– t sau
cp – t. 3.3.3. Calculul randaPHQWXOXL�WHUPLF�DO�FD]DQXOXL�úL�D�GHELWXOXL�GH�FRPEXVWLELO� $FHVWH� FD]DQH� IXQF LRQHD]�� GH� RELFHL� FX� FRPEXVWLELO� JD]RV� VDX� OLFKLG� �SRW� IL�DGDSWDWH�úL�SHQWUX� IXQF LRQDUH�FX�FRPEXVWLELO� VROLG���GHFL�� vQ�FD]XO�GH�ID ���SLHUGHULOH�VSHFLILFH� GH� F�OGXU�� SULQ� DUGHUH� LQFRPSOHW�� GH� QDWXU�� PHFDQLF�� �Tmec�� úL� FHOH� SULQ�evacuarea produselor solide ale arderii din cazan (qcen) sunt nule. De asemenea B* = B. 6H�FDOFXOHD]��SLHUGHULOH�VSHFLILFH�GH�F�OGXU�� a). 3ULQ�HYDFXDUHD�JD]HORU�GH�DUGHUH�SH�FRú�(qFRú):
)(1
0coscos a
i
IIH
q α−= (3.86)
���&$/&8/8/�7(50,&�$/�&$=$1(/25�'(�$3��&$/'��6$8�),(5%,17(
65
6H�DOHJH�R�WHPSHUDWXU��D�JD]HORU�GH�DUGHUH�OD�FRú�
Ctt
t ei 0cos )8060(
2÷+
+≅ (3.87)
úL�GLQ�GLDJUDPD�,�–�W�VH�GHWHUPLQ��,FRú. Pentru temperatura aerului (ta ≅ 20 0&�� VH� FDOFXOHD]�� HQWDOSLD� DHUXOXL� WHRUHWLF�necesar arderii:
apaoao tcVI ⋅⋅= (3.88)
cu cpa = 1,2971 kJ/ Km3
N �F�OGXUD�VSHFLILF��D�DHUXOXL�OD����0C. b. PULQ�DUGHUH�LQFRPSOHW��GH�QDWXU��FKLPLF�� ÌQ� FDGUXO� FDOFXOHORU� GH� SURLHFWDUH�� GDWRULW�� SHUIRUPDQ HORU� GH� IXQF LRQDUH� Dle DU]�WRDUHORU�PRGerne�� VH�DGPLWH�R�SLHUGHUH�SULQ�DUGHUH� LQFRPSOHW��GH�QDWXU��FKLPLF� de ordinul:
qch = 0,001 ÷ 0,005 c). 3ULQ�SHUH Li exteriori ai cazanului (qext): ÌQ� FDGUXO� FDOFXOHORU� GH� SURLHFWDUH�� SHQWUX� FD]DQH� UHODWLY� PLFL�� vQ� IXQF LH� GH�gradul�GRULW�GH�L]ROD LH�WHUPLF��D�FD]DQXOXL��VH�SRDWH�DOHJH�R�YDORDUH��
qext = 0,005 ÷ 0,015 Randamentul cazanului�VH�FDOFXOHD]��FX�UHOD LD� )(1 cos extch qqq ++−=η �úL� ηη ⋅=100% (%) (3.89)
Debitul de combustibil consumat va fi:
iH
QB
⋅=
η (kg/s) sau ( s/m3N )
�������%LODQ XO�GH�DQVDPEOX�DO�FD]DQXOXL )OX[XO�GH�F�OGXU��XWLO�DO�FD]DQXOXL�HVWH��� Q ; )OX[XO�GH�F�OGXU��DGXV�GH�FRPEXVWLELO�� Qc = B ⋅ Hi ; )X[XO�GH�F�OGXU��DGXV�GH�DHUXO�GH�DUGHUH� Qa = B ⋅ α ⋅cpa ⋅ ta ;
)X[XO�GH�F�OGXU��SLHUGXW�OD�FRú�� QFRú = B ⋅ IFRú ; )X[XO�GH�F�OGXU��SLHUGXW�SULQ�DUGHUH�LQFRPSOHW�� Qinc = qch ⋅ B ⋅ Hi.
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
66
5H]XOW��WDEHOXO�GH�ELODQ � Tabelul 3.8.
Fluxuri introduse – pierderi
Fluxuri utile
Qc
Qa
- QFRú - Qinc
- Qext
Q
∑ = 'QQ ''∑ = QQ
1RW���ÌQ�DFHVW�ELODQ �WHUPHQHXO�“– qcosBHi” s-D�VFULV�VXE�IRUPD�H[SOLFLW���
(–BIFRú�+ Bαcoscpata= –QFRú+Qa).
(URDUHD�UHODWLY���� %1100
'
"'<⋅
−=
Q
QQε
3.3.5. Calculul temperDWXULORU�úL�HQWDOSLLORU�JD]HORU�GH�DUGHUH�SH�WUDVHX� (QWDOSLD�WHRUHWLF��D�JD]HORU�GH�DUGHUH�VH�FDOFXOHD]��FX�UHOD LD� apachit tcVqHI 0)1( α+−= (3.90)
Din digrama I –�W�VH�GHWHUPLQ��WHPSHUDWXUD�WHRUHWLF��GH�DUGHUH�� ),I(ft tt α= .
O imporWDQW�� FDUDFWHULVWLF�� IXQF LRQDO�� D� FD]DQHORU� FX� vQWRDUFHUH� D� JD]HORU� GH�DUGHUH� vQ�IRFDU�R�UHSUH]LQW�� LQF�UFDUHD� WHUPLF��VSHFLILF��PDUH�D�VXSUDIH HL�GH�VFKLPE�GH� F�OGXU�� D� IRFDUXOXL�� 'H� DFHHD� LQWHUYDOXO� GH� DOHJHUH� D� WHPSHUDWXULL� OD� FDS�WXO�focarului este:
tf =500÷700 oC.
Din diagrama I–W��VH�GHWHUPLQ��HQWDOSLD�JD]HORU�GH�DUGHUH�OD�LHúLUHD�GLQ�IRFDU� ),( αff tfI = .
)OX[XO�GH�F�OGXU��SUHOXDW�SULQ�UDGLD LH�vQ�IRFDU�YD�IL��
)()1( ftextR IIBqQ −−= (kW) (3.91)
���&$/&8/8/�7(50,&�$/�&$=$1(/25�'(�$3��&$/'��6$8�),(5%,17(
67
)OX[XO�GH�F�OGXU��SUHOXDW�GH�sistemul convectiv va fi:
,Rc QQQ −= (3.92)
(QWDOSLD�JD]HORU�GH�DUGHUH�OD�VIkUúLWXO�GUXPXOXL�FRQYHFWLY�va fi:
Bq
QII
ext
c
fc )1( −−=
úL�GLQ�GLDJUDPD�,–W�UH]XOW��WHPSHUDWXUD�� ),I(ft cc α= . ÌQFKLGHUHD�ELODQ XOXL�LPSXQe: Ic ≅ IFRú��úL��Wc ≅ tFRú��úL�VH�DGPLW�HURULOH�UHODWLYH� 100
cos
cos
II
II
t
c
I −−
=ε �������
úL� 100
cos
cos
tt
tt
t
c
t −−
=ε ������
�������%LODQ XO�JUDILF�DO�FD]DQXOXL�
'HELWHOH�GH�F�OGXU��QR, Qc, Qa�úL�IOX[XULOH�SLHUGXWH�QFRú, Qinc, Qext se transpun JUDILF�DO�VFDU���FD�vQ�ILJXUD������FX�B* = B; Qpa = 0; Qsfc = 0; Qsi = 0; Qec = 0; qmec = 0 úL�qev = 0). 3.3.7. Calculul termic la focarului
$FHVW�FDOFXO�DUH�FD�VFRS�GHWHUPLQDUHD�VXSUDIH HL�GH�UDGLD LH�6R�FDSDELO��V��SUHLD�GHELWXO� GH� F�OGXU�� Uadiant QR� GH� OD� IODF�U�� úL� JD]HOH� GH� DUGHUe. Deoarece în calcule
intervin gradul de ecranare
=Ψ
per
R
S
S úL�OXQJLPHD�GH�UDGLD LH�este necesar un calcul
LWHUDWLY�� 6H� DGPLWH� R� YDORDUH� SUHOLPLQDU�� 'RS care în final se va compara cu cea
UH]XOWDW��GLQ�FDOFXO�6R.
9DORDUHD�SUHOLPLQDU�� 'RS �SRDWH�IL�VWDELOLW��SULQ��GRX��PHWRGH�
D���6H�DGPLWH�XQ�IOX[�XQLWDU�UDGLDQW��vQF�UFDUH�WHUPLF��VSHFLILF�� qR = 30 ÷ 50 kW/m2
������úL� ! S
RR
q
QS =' (m2) (3.93)
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
68
sau E���6H�GHWHUPLQ��VXSUDID D�GH�UDGLD LH�vQ�IRFDU�FX�UHOD LD��GH�DSUR[LPDUH�
−
⋅
=44
'
100100765,5 pf
RR
TT
QS
ε (m2) (3.94)
cu ε =0,65 pentru combustibil gazos ε = 0,75 pentru combustibil lichid Tf = tf + 273 (0K)
Tp = tm + 20 + 273 (0K) unde 2
ttt ei
m
+=
)RFDUXO��FX�SHUH L�PHPEUDQ����DUH�IRUPD�JHRPHWULF��SUH]HQWDW��vQ�ILJXUD������ Din punct de vedere geometric:
ahhaLSR ++= )(2' (m2) (3.95)
LhaVg ⋅⋅≅ (m3)
ahhaLS per 2)(2 ++= (m2)
6H�DOHJ� HYL�X]XDOH��din anexa 12: φ 57 × 3; φ 60 × 3,5; φ 70 × 3,5; φ 76 × 3,5 etc.
)LJ�������)RFDU�FDPHU��FX�SHUHWH�PHPEUDQ� ���FDGUX�GLQ� HDY������SODWEDQG��GH�OHJ�WXU���QHUYXU�������DU]�WRU�����Xú�
1
4
2
3
1
a h
d s1
L
���&$/&8/8/�7(50,&�$/�&$=$1(/25�'(�$3��&$/'��6$8�),(5%,17(
69
Se impun valori uzuale pentru: a = 300 ÷ 800 mm h = 600 ÷ 900 mm 'LQ�UHOD LD��������VH�GHWHUPLQ��OXQJLPHD�IRFDUXOXL� &X�GDWHOH�SUHFL]DWH�DQWHULRU��VH�FDOFXOHD]�� - grosimea stratului radiant:
per
f
S
Vs 6,3= (m)
- gradul de ecranare: per
R
S
S'
=Ψ
6H�FDOFXOHD]��FDUDFWHULVWLFD�UDGLDQW��D�JD]HORU�GH�DUGHUH��GLQ�IRFDU�
)(1000
38,01)(
6,18,022
22
2
ROOH
f
ROOH
OH
g ppT
spp
pk +
−
+
+= (3.96)
6H�FDOFXOHD]��FRHILFLHQWXO�GH�DEVRUE LH�DO�JD]HORU�GH�DUGHUH�GLQ�IRFDU�
sk
g
gea⋅−−= 1 (3.97)
6H�FDOFXOHD]��FDUDFWHULVWLFD�UDGLDQW��D�IO�F�ULL�FX�UHOD LD�GH�DSUR[LPDUH� 5,0
10006,1 −= f
fl
Tk (3.98)
úL�FRHILFLHQWXO�GH�DEVRUE LH�DO�IO�F�ULL�FX�UHOD LD�
sk
fl
flea⋅−−= 1 (3.99)
3RQGHUHD�DEVRUE LHL�IO�F�ULL�FX�FHD�D�PHGLXOXL�UDGLDQW�GH�JD]H�GH�DUGHUe se face GXS��FULWHULL�H[SHULPHQWDOH��FRQVLGHUkQG�R�SURSRU LH�β��GLQ�YROXPXO�IRFDUXOXL��RFXSDW��GH�SDUWHD�OXPLQRDV��D�IO�F�ULL� &RHILFLHQWXO�GH�DEVRUE LH�DO�IO�F�ULORU�úL�JD]HORU�GH�DUGHUH�HVWH�GDW�GH�UHOD LD� gfl aaa ⋅−+⋅= )1( ββ (3.100)
Valorile coeficientului de luminozitate β, sunt prezentate în tabelul 3.3. &RHILFLHQWXO�GH�PXUG�ULUH�D�VXSUDIH HORU�HVWH� ξ =0,7 ÷ 0,9 combustibil gazos ξ =0,6 ÷ 0,7 combustibil lichid
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
70
&X�DFHVWH�YDORUL�VH�FDOFXOHD]��FDUDFWHULVWLFD�UDGLDQW��D�IRFDUului:
ξΨ−+⋅
=)1(
82,0
aa
aa f (3.101)
2� DOW�� FDUDFWHULVWLF�� D� IRFDUXOXL� HVWH� IDFWRUXO� GH� SR]L LH� D� IO�F�ULL� vQ� IRFDU� )DFWRUXO�GH�SR]L LH�D�IO�F�ULL��vQ�FDPHUD�GH�DUGHUH�HVWH�GDW�GH�UHOD LD�
f
MMH
hbaM −=
Pentru combustibil lichid sau gazos constantele: aM ����� úL� bM =0,2 iar
vQ�O LPHD�GH�DPSODVDUH�D�DU]�WRUXOXL�raportatã la�vQ�O LPHD�FDPHUHL�: fH
h = 0,3 .
&X�DFHVWH�GDWH�VH�GHWHUPLQ��VXSUDID D�GH�UDGLD LH�D�IRFDUXOXL�
32
2
38
11
10765,5 MT
T
TTaM
QS
f
t
tff
RR
−
⋅= − ξ (m2) (3.102)
$FHDVW�� VXSUDID �� YD� IL� GLIHULW�� GH� '
RS � GHWHUPLQDW�� vQ� FDOFXOXO� DSUR[LPDWLY��'DF��GLIHUHQ D�HVWH�PDL�PDUH�GH������VH�UHLD�FDOFXOXO�FX�YDORUL�PRGLILFDWH�SHQWUX�Vf úL�Sper �SHQWUX�FDOFXOH�PDL�SUHFLVH�DFHDVW��GLIHUHQ ��VH�SRDWH�LPSXQH�OD�PD[������
5H]XOW��OXQJLPHD�ILQDO��D�IRFDUXOXL�
)(2 ha
ahSL R
+−
= (3.103)
FDUH�QX�WUHEXLH�V��GLIHUH�GH�FHD�SUHOLPLQDU��FX�PDL�PXOW�GH�5%.
Hf
h
���&$/&8/8/�7(50,&�$/�&$=$1(/25�'(�$3��&$/'��6$8�),(5%,17(
71
3.3.8. Calculul termic al convectivului
Convectivul cazanului este deteUPLQDW� GLQ� FDOFXOHOH� DQWHULRDUH� SULQ� XUP�WRULL�parametrii: Qc –�GHELWXO�GH�F�OGXU��util al convectivului (kW) ; tf – temperatura gazelor de ardere la intrarea�vQ� HYL��0C) ; tFRú –�WHPSHUDWXUD�JD]HORU�GH�DUGHUH�OD�LHúLUHD�GLQ� HYL��OD�FRú���
te/ti – temperatura apei LHúLUH�LQWUDUH (0C). 6H�LPSXQH�YLWH]D�GH�FLUFXOD LH�D�JD]HORU�GH�DUGHUH�vQ�OLPLWHOH��w’ = 2 ÷ 4 m/s. 6HF LXQHD�GH�FLUFXOD LH�D�JD]HORU�GH�DUGHUH�YD�IL�
273
273
'
+⋅= gmg
circ
t
w
VBS (m2) (3.104)
)(2
0cosC
ttt
f
gm
+= este temperatura media a gazelor de ardere.
ÌQ�O LPHD�SUHOLPLQDU��D�GUXPXOXL�FRQYHFWLY�YD�IL�
a
Sb circ='
6H�URWXQMHúWH�OD�vQWUHJ�úL�VH�UHFDOFXOHD]��YLWH]D��
273
273+
⋅
⋅= gmg t
ab
VBw (3.105)
Pentru temperatura medie a gazelor de ardere tgm se GHWHUPLQ�� GLQ� anexa 9, XUP�WRDUHOH�YDORUL�
- YkVFR]LWDWHD�FLQHPDWLF�� ν [m2/s] - FRQGXFWLELOLWDWHD�WHUPLF�� λ [W/mK] - QXP�UXO�3UDQGWO� Pr 'H�DVHPHQHD�VH�GHWHUPLQ��QXP�UXO�3UDQGWO�OD�WHPSHUDWXUD�SHUHWHOXL�3rp cu:
tp = tm +20 0C ; 2
eim
ttt
+= .
&RHILFLHQWXO� GH� VFKLPE� GH� F�OGXU�� SULQ� FRQYHF LH� VH� GHWHUPLQ�� XWLOL]kQd UHOD LLOH�SUH]HQWDWH�vQ�DQH[D��� pentru curgerea fluidelor transversal pe un fascicul de HYL�DúH]DW�vQ�OLQLH��´FRUidor”). În toate cazurile:
c
ocl
Nuλεα = . (3.111)
a h
d
b
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
72
&RHILFLHQWXO� GH� FRUHF LH� εo� LQH� FRQW� GH� H[LVWHQ D� WXUEXOL]DWRULORU� úL, pentru turbulizatori în zig – zag�DPSODVD L� vQ�FDQDO�UHFWDQJXODU, se poate determina utilizând UHOD LLOH:
2,0r
0 b
142,2=ε pentru Re < 2300 (3.112)
5
Re
b
3,3 2,0
26,0r
0 −=ε pentru Re > 2300 (3.113)
unde b
lbr = este pasul relativ, cu l – pas zig-zaguri.
Curgerea fluidelor transver-sal pe un rând de
HYL
2e
c
dl
⋅=
π
12,0
r
r2t
2l
pP
PNuNu3,0Nu
++= (3.106)
3l PrRe644,0Nu ⋅+= (3.107)
−⋅+
⋅⋅=
− 1PrRe443,21
PrRe037,0Nu
3
21,0
8,0
t (3.108)
νΨ= clw
Re
a41
π−=Ψ
610Re10 << 310Pr6,0 <<
*de – diametrul exterior al conductei *s1 – pasul dintre HYL� *a=s1/de *la gaze se înlocuieúWH��(Pr/Prp)^0,25 cu (Tmg/Tp)^0,12
Curgerea fluidelor transver-sal pe un fascicul GH� HYL�DúH]DUH�
„coridor”
2e
c
dl
⋅=
π
m
r
r1
pP
PNu
n
)1n(1Nu
ω−+= (3.109)
25,1
7,0a
b
3,0a
b
7,01
+
−
Ψ−=ω (3.110)
Nu1=Nu pentru un singur rând de HYL��FRQIRrm rel. (3.106)
νΨ= clw
Re
a41
π−=Ψ
pentru b≥1 m=0,25 pt. incãlzire fluid m=0,11 pt. U�FLUH�IOXLG�
610Re10 <<
*de – diametrul exterior al conductei *s1 – pasul transversal *s2 – pasul longitudinal * a = s1/de * b=s2/de * n –� QXP�UXO� GH�rânduri *la gaze se vQORFXLHúWH�(Pr/Prp)^0,25 cu (Tmg/Tp)^0,12
l
b
���&$/&8/8/�7(50,&�$/�&$=$1(/25�'(�$3��&$/'��6$8�),(5%,17(
73
&RHILFLHQWXO�GH�VFKLPE�GH�F�OGXU��SULQ�UDGLD LH�HVWH�GHWHUPLQDW�GH�P�ULPLOH� - temperatura media a gazelor de ardere Tgm = tgm + 273 (0C) ; - SUHVLXQLOH�SDU LDOH�DOH�Jazelor triatomice OHRO pp
22, ;
- grosimea stratului radiant s = 0,9 leh; convper
conveh
S
Vl
4=
&RQVWDQWD�GH�UDGLD LH�D�JD]HORU�HVWH�
)(1000
38,01)(
6,18,022
22
2
ROOH
gm
ROOH
OH
g ppT
spp
pk +
−
+
+= (3.114)
iar coeficientul de emisivitate al gazelor de ardere:
sk
g
gea⋅−−= 1 (3.115)
&RHILFLHQWXO�GH�VFKLPE�GH�F�OGXU��SULQ�UDGLD LH�VH�FDOFXOHD]��FX�UHOD LD��
−
−
+⋅= −
gm
p
gm
p
gmg
p
r
T
T
T
T
Taa
1
1
2
110765,5
6,3
38α (W/m2K) (3.116)
XQGH� SHQWUX� FRHILFLHQWXO� GH� DEVRUE LH� DO� SHUHWHOXL� GH� R HO� DO� HYLL� se poate considera valoarea ap� ������úL�SHQWUX�WHPSHUDWXUD�DEVROXW��D�SHUHWHOXL� HYLL� 27320 ++= amp tT (K)
&RHILFLHQWXO�GH�WUDQVIHU�GH�F�OGXU��SH�SDUWHD�JD]HORU�GH�DUGHUH�YD�IL�
α1 = αc + αr
Coeficientul α2 (pe partea apei) este mult mai mare (de ordinul miilor de W/m2K) în coPSDUD LH�FX�α1 (de ordinul zecilor de W/m2K). ÌQ�DFHVWH�FRQGL LL�FRHILFLHQWXO�JOREDO�GH�WUDQVIHU�GH�F�OGXU��N�HVWH�GDW�GH�UHOD LD�(s-a neglijat α2 ):
1
1
1 αεα
⋅+=Ik (W/m2K) (3.117)
&RHILFLHQWXO� GH� PXUG�ULUH� ε pentru gaze de ardere provenite din combustibil gazos este dat în tabelul 3.9.
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
74
Tabelul 3.9. Viteza w (m/s) 3 6 9 12 15 18 ε⋅109 (m2K/W) 5,233 3,837 2,791 2,093 1,628 1,395
6H�SRDWH�XWLOL]D�úL�UHOD LD�DQDOLWLF��
6474,031021,11 −− ⋅⋅= wε (m2K/W) Pentru gaze de ardere provenind din combustibil lichid:
0163,0=ε (m2K/W) 'LIHUHQ D� PHGLD� GH� WHPSHUDWXU�� VH� GHWHUPLQ�� FRQIRUP� ILJXULL� ���� úL� UHOD LHL�(3.118):
min
max
minmax
ln
)
t
t
tttm
∆∆
∆−∆=∆ (3.118)
Fig. 3.8.
6XSUDID D�GH�VFKLPE�GH�F�OGXU���D�Grumului convectiv va fi:
m
cc
tk
QS
∆= (3.119)
( )'
1'' ;
275,0 cc
e
c
c nsLdab
Sn ⋅=
⋅+⋅=
π
S SC
t
tma
tf
tc
∆tmax
∆tmin
���&$/&8/8/�7(50,&�$/�&$=$1(/25�'(�$3��&$/'��6$8�),(5%,17(
75
Din calculul lungimii de focar se determinã numãrul de elemente ale focarului:
1
'
s
Ln
f
f = . Numãrul final de elemente al cazanului se ob LQH� vQ� XUPD� FDlculului de
echilibrare ce se realizeazã conform rela LHL������� 3.4. Calculul termic al cazanelor acvatubulare din elemente cu GRX� drumuri
convective
�������'HVFULHUHD�FD]DQHORU��HOHPHQWH�FRPSRQHQWH��PRG�GH�IXQF LRQDUH� Sunt executate VXE�IRUP��GH�FDGUH�GUHSWXQJKLXODUH�GLQ� HYL�QHWHGH, sudate între ele pULQ� LQWHUPHGLXO� XQRU� SODWEDQGH� RE LQându-se cazane monobloc, cu focare tip FDPHU���FX�GRX��GUXPXUL�FRQYHFWLYH��ILJ��������)LHFDUH�HOHPHQW�HVWH�OHJDW�GH�FROHFWRUXO�úL�GLVWULEXLWRUXO�FD]DQXOXL�SULQ�úWX XUL�
)LJ�������&D]DQ�DFYDWXEXODU�GLQ�HOHPHQWH�WLS��FX�GRX��GUXPXUL�FRQYHFWLYH ���(OHPHQW�FXUHQW�����(OHPHQW�vQFKLGHUH�ID ������(OHPHQW�vQFKLGHUH�VSDWH�����$U]�WRU�����9L]RU��
���3ODWEDQGH�GH�HWDQúDUH�vQWUH�HOHPHQWH������'LVWULEXLWRU�����&ROHFWRU�����7HDF��SHQWUX�WHUPRVWDWH� ����3URPRWRUL�GH�WXUEXOHQ �������5DFRUGXUL�LQWUDUH�LHúLUH�DSD�FDOG��vQF�O]LUH������5DFRUG�GH�HYDFXDUH�JD]H�GH�
DUGHUH�OD�FRú������,]ROD LH�WHUPLF��úL�FDUFDV��H[WHULRDU�������(úDIRGDM�GH�VXV LQere.
7 14
6 8 9 10 11
13
3
11
12
1
2
4
5 F
C1
C2
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
76
6ROX LD�FRQVWUXFWLY��D�DFHVWXL�WLS�GH�FD]DQ�HVWH�DVHP�Q�WRDUH�FX�FHD�SUH]HQWDW��în capitolul 3.3. ”Calculul termic al cazanelor acvatubulare din elemente tip cu vQWRDUFHUHD�JD]HORU�GH�DUGHUH�vQ�IRFDU�úL�XQ�GUXP�FRQYHFWLY” cu deosebirea�F��IRFDUXO�estH�FX�VWU�SXQJHUH�vQ�SDUWHD�VXSHULRDU��VSDWH�XQGH�VH�UHDOL]HD]��úL�WUHFHUHD�vQ�SULPXO�GUXP�FRQYHFWLY��'XS�� FXP�VH�SRDWH�REVHUYD� vQ� ILJXUD������JD]HOH�GH�DUGHUH��GXS�� FH�parcurg primul drum convectiv (CI��� DX� SRVLELOLWDWHD� V�� vQWRDUF�� úL� V�� WUHDF�� vQ� DO�doilea drum convectiv (CII��SULQ�VSD LXO�O�VDW�OLEHU�vQWUH�HOHPHQtele�ID �. In continuare SDUFXUJ��GLQ�QRX�OXQJLPHD�FD]DQXOXL�úL�VXQW�HYDFXDWH�OD�FRú�
$FHVWH�FD]DQH�IXQF LRQHD]��FX�JD]H�QDWXUDOH�VDX�FX�FRPEXVWLELO�OLFKLG��GDU�SRW�
IXQF LRQD�úL�FX�OHPQH��EULFKHWH�VDX�F�UEXQH�VXSHULRU��ÌQ�DFHVW�FD]��vQ�ORFXO��DU]�WRUXOXL��VH�PRQWHD]��R�Xú��SHQWUX� vQF�UFDUHD�IRFDUXOXL�FX�FRPEXVWLELO�VROLG��'HDVXSUD� HYLORU�LQIHULRDUH�DOH�HOHPHQWHORU�VH�PRQWHD]��XQ�JU�WDU� IL[�VDX�� vQ�XQHOH�FD]XUL��FKLDU� HYLOH�innferioare ale cadreORU� UHSUH]LQW�� JU�WDUXO� SODQ� DO� FD]DQXOXL��/D�SDUWHD� LQIHULRDU�� VH�LQWURGXF�FXWLLOH�GH�FROHFWDUH�D�FHQXúLL��FHQXúDUXO�FD]DQXOXL��
&D]DQXO� HVWH� L]RODW� WHUPLF� FX� YDW�� PLQHUDO�� úL� SURWHMDW� OD� H[WHULRU� FX� WDEO��VXE LUH��6H�RE LQH�DVWIHO�XQ�FD]DQ�PRQREORF�SHQtru care, modificând dimensiunile de JDEDULW�DOH�HOHPHQWHORU��GLDPHWUXO� HYLORU�úL�QXP�UXO�GH�HOHPHQWH,�VH�SRW�RE LQH�GLYHUVH�YDULDQWH�GH�VDUFLQL�WHUPLFH��GXS��QHFHVLW� L�
'HúL� FRQVXPXO� GH� PDWHULDO� úL� GH� PDQRSHU�� SHQWUX� H[HFX LD� DFHVWRU� WLSXUL� GH�cazane este mare, se impune avantajul de a se putea introduce pe elemente, prin VSD LLOH�vQJXVWH�úL�GH�D�VH�PRQWD�GLUHFW�OD�ORFXO�GH�IXQF LRQDUH�
3.4.2. Tema de proiectare
Prin tema de proiectare se dau:
- Q –�VDUFLQD�WHUPLF��D�FD]DQXOXL��vQ�N:�� - te / ti –�WHPSHUDWXUD�DSHL�OD�LHúLUH���LQWUDUH�vQ�FD]DQ���������0C sau 80/60 0C); - QDWXUD�úL�FRPSR]L LD�FRPEXVWLELOXOXL��OLFKLG�VDX�JD]RV��
$FHVWH� FD]DQH� IXQF LRQHD]�� GH� RELFHL� FX� VXSUDSUHVLXQH� vQ� IRFDU�� GHFL�
FRHILFLHQWXO�GH�H[FHV�GH�DHU�HVWH�DFHODúL�SHQWUX�IRFDU��SHQWUX�GUXPXULOH�FRQYHFWLYH�úL�OD�FRú�
15,105,1cos −===== αααααIII CCf .
&RQIRUP� LQGLFD LLORU� GLQ� FDSLWROXO� �� VH� HIHFWXHD]�� FDOFXOXO� DUGHULL�
FRPEXVWLELOXOXL�úL�VH�GHWHUPLQ���Vo, Vgo, Hi, OHp2
, 2ROp úL�VH�WUDVHD]��GLDJrama I – t
sau cp – t.
���&$/&8/8/�7(50,&�$/�&$=$1(/25�'(�$3��&$/'��6$8�),(5%,17(
77
�������&DOFXOXO�UDQGDPHQWXOXL�WHUPLF�úL�D�GHELWXOXL�GH�FRPEXVWLELO� PentUX� FD]XO� GH� IXQF LRQDUH� D� FD]DQXOXL� FX� FRPEXVWLELO� JD]RV� VDX� OLFKLG��SLHUGHUHD� VSHFLILF�� GH�F�OGXU�� SULQ�DUGHUH� LQFRPSOHW��GH�QDWXU��PHFDQLF�� úL�FHD�SULQ�evacuarea produselor solide ale arderii din cazan sunt nule (qmec=0; qcen=0). Pentru calculul randamentului pe cale indirectã�VH�FDOFXOHD]�� a. 3LHUGHUHD�VSHFLILF��GH�F�OGXU��SULQ�HQWDOSLD�JD]HORU�GH�DUGHUH�OD�FRú�(qFRú) 3HQWUX�FD]XO�GH�ID ���cazan de DS��FDOG�,�VH�DGPLWH�R�WHPSHUDWXU�� OD�FRú�FH�VH�SRDWH�GHWHUPLQD�FX�UHOD LD�GH�DSUR[LPDUH� C
ttt ei 0
cos )8060(2
÷++
≅ (3.120)
Din diagrama I –�W�VH�GHWHUPLQ��YDORDUHD�HQWDOSLHL�JD]HORU�GH�DUGHUH�OD�FRú�
IFRú = f (tFRú, α)
Entalpia aerului teoretic nHFHVDU�DUGHULL� VH�GHWHUPLQ�� OD� WHPSHUDWXUD�DPELDQW���ta=200C
apaoao tcVI ⋅⋅= (3.121)
cu cpa = 1,2971 kJ/ Km3
N 5H]XOW��YDORDUHD�SLHUGHULL�VSHFLILFH�GH�F�OGXU��SULQ�HQWDOSLD�JD]HORU�GH�DUGHUH�OD�FRú� )(
1coscos ao
i
IIH
q ⋅−= α (3.122)
b. 3LHUGHUHD�VSHFLILF��SULQ�DUGHUHD�LQFRPSOHW��GH�QDWXU��FKLPLF��(q inc) ÌQ� FDGUXO� FDOFXOHORU� GH� SURLHFWDUH�� GDWRULW�� SHUIRUPDQ HORU� GH� IXQF Lonare ale DU]�WRDUHORU�PRGHUQH�� VH�DGPLWH�R�SLHUGHUH�SULQ�DUGHUH� LQFRPSOHW��GH�QDWXU��FKLPLF� de ordinul:
qch = 0,001 ÷ 0,005 (3.123) c). 3LHUGHUHD�VSHFLILF��SULQ�SHUH Li exteriori ai cazanului (qext): ÌQ� FDGUXO� FDOFXOHORU� GH� SURLHFWDUH�� SHQWUX� FD]DQH� UHODWLY� PLFL�� vQ� IXQF LH� GH�JUDGXO�GRULW�GH�L]ROD LH�WHUPLF��D�FD]DQXOXL��VH�SRDWH�DOHJe o valoare: qext = 0,005 ÷ 0,015 (3.124) d. Randamentul cazanului 6H�FDOFXOHD]��FX�UHOD LD� ηηη 100;)(1 %cos =++−= extch qqq (3.125)
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
78
e. Consumul de combustibil Deoarece qmec = 0; B*= B;
iH
QB
⋅=
η (3.126)
3.4.4. BilDQ XO�GH�DQVDPEOX�DO�FD]DQXOXL� )OX[XO�GH�F�OGXU��XWLO�DO�FD]DQXOXL� Q. )OX[XO�GH�F�OGXU��DGXV�GH�FRPEXVWLELO� ic BHQ =
)OX[XO�GH�F�OGXU��DGXV�FX�DHUXO�GH�DUGHUH�úL�GH�LQILOWUDUH�� apaoa tcVBQ α=
)OX[XO�GH�F�OGXU��SLHUGXW�OD�FRú� coscos BIQ = )OX[XO�GH�F�OGXU��SLHUGXW�SULQ�
DUGHUH�LQFRPSOHW���GH�QDW��FKLPLF��� ichinc BHqQ =
)OX[XO�GH�F�OGXU��SLHUGXW�VSUH�H[WHULRU� iextext BHqQ = 5H]XOW��WDEHOXO�GH�ELODQ �����
Tabelul 3.10 Combustibil – pierderi Util
Qc
Qa
- QFRú - Qinc
- Qext
Q
∑ = 'QQ ∑ = "QQ
1RW���ÌQ�DFHVW�ELODQ ��–q2BHi) s-a scris sub forma: (-BIFRú�+ BαFRúVocpata); deci
IRUPD�H[SOLFLW�� (URDUHD�UHODWLY��YD�IL� %1100
'
"'<
−=
Q
QQε (3.127)
'DF��HURDUHD�HVWH�PDL�PDUH�HVWH�R�JUHúHDO��GH�FDOFXO� �������&DOFXOXO�WHPSHUDWXULORU�úL�HQWDOSLLORU�JD]HORU�GH�DUGHUH�SH�WUDVHX
(QWDOSLD�WHRUHWLF��GH�DUGHUH�VH�FDOFXOHD]��FX�UHOD LD�
���&$/&8/8/�7(50,&�$/�&$=$1(/25�'(�$3��&$/'��6$8�),(5%,17(
79
apafchit tcVqHI 0)1( α+−= (3.128)
apoi se determin��WHPSHUDWXUD�WHRUHWLF��GH�DUGHUH�GLQ�GLDJUDPD�,-t: ),( ftt Ift α= .
6H�DOHJH�WHPSHUDWXUD�OD�FDS�WXO�IRFDUXOXL� tf = 700 ÷ 900 oC,
YDORULOH�DFHVWHD�ILLQG�QRUPDOH�SHQWUX�FD]DQH�FX�GRX��GUXPXUL�FRQYHFWLYH� Din diagrama I-W�VH�GHWHUPLQ��HQWDOSLD�JD]HORU�OD�FDS�WXO�IRFDUXOXL�If=f(tf,α). )OX[XO�GH�F�OGXU��SUHOXDW�SULQ�UDGLD LH�vQ�IRFDU�YD�IL� )()1( ftextR IIBqQ −−= (kW) (3.129)
)OX[XO�GH�F�OGXU��FDUH��VH�SUHLD�vQ�VLVWHPXO�FRQYHFWLY�vQ�DQVDPEOX�YD�IL� Rc QQQ −= (3.130) 6LVWHPXO�FRQYHFWLY�HVWH�vPS�U LW�vQ�GRX��GUXPXUL�GH�JD]H�GH�DUGHUH��DVWIHO�
III CCc QQQ += . (3.131)
Se admite:
cC QQI
)85,075,0( ÷=
DSRL�VH�GHWHUPLQ��HQWDOSLD�JD]HORU�GH�DUGHUH�OD�LHúLUHa din primul drum convectiv:
)1( ext
C
fCqB
QII I
I −−= (3.132)
Din diagrama I – t. VH� GHWHUPLQ�� WHPSHUWXUD� JD]HORU� GH� DUGHUH� OD� LHúLUH� GLQ�
drumul convectiv I (ICt )
(QWDOSLD�JD]HORU�GH�DUGHUH�OD�VIkUúLWXO�GUXPXOXL�FRQYHFWLY�,,� cos)1(
IqB
QII
ext
C
CCII
III≅
−−= (3.133)
úi din diagrama I-W�UH]XOW��WHPSHUDWXUD�OD�VIkUúLWXO�GUXPXOXL�FRQYHFWLY�,,� cos),( tIft
IIII CC ≅= α (3.134)
ÌQFKLGHUHD�ELODQ XOXL�LPSXQH� ICII ≅ IFRú��úL� tCII ≅ tFRú
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
80
úL�VH�DGPLW�HURULOH�UHODWLYH� 100
cos
cos
II
II
t
c
I −−
=ε ������� (3.135)
úL�
100cos
cos
tt
tt
t
c
t −−
=ε ������ (3.136)
(URUL�PDL�PDUL�LQGLF��R�JUHúHDO���GH�FDOFXO��ÌQ�ILQDO�VH�vQWRFPHúWH�WDEHOXO������ Tabelul 3.11.
Temperatura gazelor 6XSUDID D )OX[�GH�F�OGXU� intrare LHúLUH
Focar Convectiv I
ICQ
Convectiv IIIICQ
QR
QcI
QcII
tt
tf
tCI
tf
tCI
tFRú �������%LODQ XO�JUDILF�DO�FD]DQXOXL� 'HELWHOH�GH�F�OGXU��GLQ�WDEHOHOH�������úL�������VH�WUDQVSXQ�JUDILF��OD�VFDU���GXS��modelul general prezentat în capitolul 2 fig. 2.3. (cu B*=B; QSI=QPA=0; Qec=0; qmec ��úL��qcen=0). 3.4.7. Calculul termic al focarului
)RFDUXO�GH�WLS�FDPHU��DUH�XUP�WRDUHOH�GLPHQVLXQL�FRQIRUP�ILJ������� $FHVW�FDOFXO�DUH�FD�VFRS�GHWHUPLQDUHD�VXSUDIH HL�GH�UDGLD LH�6R�FDSDELO��V��SUHLD�
debitul de c�OGXU�� UDGLDQW� 4R. Deoarece în calcul intervine gradul de ecranare
=Ψ
per
R
S
S úL�OXQJLPHD�GH�UDGLD LH�HVWH�QHFHVDU�XQ�FDOFXO�LQWHUDWLY��,QL LDO�VH�DGPLWH�R�YDORDUH�RULHQWDWLY���6′R�FDUH�YD�IL�FRPSDUDW���FX�FHD�ILQDO��SR.
���&$/&8/8/�7(50,&�$/�&$=$1(/25�'(�$3��&$/'��6$8�),(5%,17(
81
Fig. 3.10. Dimensiunile focarului 1. FDGUX�GLQ� HDY������SODWEDQG��GH�OHJ�WXU���QHUYXU�������DU]�WRU�����Xú�
S′R�SRDWH�IL�DSUHFLDW��SULQ�GRX��PHWRGH� a) 6H�DGPLWH�XQ�IOX[�XQLWDU�UDGLDQW��vQF�UFDUH�WHUPLF��VSHFLILF���
qR=30÷50 kW/m2 astfHO�F���UH]ult��R�YORDUH�SUHOLPLQDU��D�VXSUDIH HL�GH�VFKLPE�GH�F�OGXU��D�IRFarului:
R
RR
q
QS =' (m2) (3.137)
E����6H�GHWHUPLQ��VXSUDID D�SUHOLPLQDU��GH�UDGLD LH�vQ�IRFDU�FX�UHOD LD��
−
=
44
'
100100765,5 pf
RR
TT
QS
ε (m2) (3.138)
cu ε =0,65 pentru combustibil gazos ε =0,75 pentru combustibil lichid Tf = tf + 273 (oK)
Tp=tma+20+273 (oK) 2
eima
ttt
+=
XQGH� SHQWUX� WHPSHUDWXUD� SHUHWHOXL� HYLL� V-D� DGPLV� R� WHPSHUDWXU�� FX� ��� 0C mai mare decât temperatura fluidului interior. Pentru alegerea dimensiunilor focarului se admit�XUP�WRDUHOH�YDORUL: a = 400÷800 mm úL
a
h = 1,2 ÷ 1,5.
1
4
2
3
1
a h
d s1
L
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
82
Dimensiunile laturilor se rotunjesc la valori întregi de zecimi de metru. 6XSUDID D�SHUH LORU�IRFDUXOXL�HVWH� ahhaLS per 2)(2 ++= (m2) (3.140)
ahhaLSR ++= )(2' (m2)
Grosimea stratului radiant de gaze este:
per
f
S
Vs 6,3= (m) (3.141)
6H�FDOFXOHD]��FDUDFWHULVWLFD�UDGLDQW��D�JD]HORU�GH�DUGHUH�GLQ�IRFDU� )(
100038,01
)(
6,18,022
22
2
ROOH
f
ROOH
OH
g ppT
spp
pk +
−
+
+= (3.142)
6H�FDOFXOHD]��FRHILFLHQWXO�GH�DEVRUE LH�DO�JD]HORU�GH�DUGHUH�GLQ�IRFDU�
sk
g
gea−−= 1 (3.143)
&DUDFWHULVWLFD�UDGLDQW��D�IO�F�ULL�VH�FDOFXOHD]��FX�UHOD LD�GH�DSUR[LPDUH� 5,0
10006,1 −= f
fl
Tk (3.144)
úL�FRHILFLHQWXO�GH�DEVRUE LH�DO�IO�F�ULL�FX�UHOD LD�
sk
flflea
⋅−−= 1 (3.145)
3RQGHUHD�DEVRUE LHL�IO�F�ULL�FX�FHD�D�PHGLXOXL�UDGLDQW�GH�JD]H�GH�DUGHUH�VH�IDFH,
GXS��FULWHULL�H[SHULPHQWDOH��FRQVLGHUkQG�R�SURSRU LH�β��GLQ�YROXPXO�IRFDUXOXL��RFXSDW��GH�SDUWHD�OXPLQRDV��D�IO�F�ULL��β - coeficient de luminozitate).
&RHILFLHQWXO�GH�DEVRUE LH�DO�IO�F�ULL�úL�JD]HORU�GH�DUGHUH�YD�IL� gfl aaa ⋅−+⋅= )1( ββ (3.146)
cu β = 0,2÷0,4 SHQWUX�IODF�U��GH�FRPEXVWLELO�JD]RV� β = 0,6 SHQWUX�IODF�U��SURGXV��GH�FRPEXVWLELO�OLFKLG� Gradul de ecranare al focarului este:
per
R
S
S '
=Ψ (3.147)
���&$/&8/8/�7(50,&�$/�&$=$1(/25�'(�$3��&$/'��6$8�),(5%,17(
83
úL�coeficientul de PXUG�ULUH D�VXSUDIH HORU� ξ =0,7 – 0,9 combustibil gazos ξ =0,6 – 0,7 combustibil lichid
&X�DFHVWH�YDORUL�VH�FDOFXOHD]��FDUDFWHULVWLFD�UDGLDQW��D�IRFDUXOXL� ξΨ−+
⋅=
)1(
82,0
aa
aa f (3.148)
2�DOW��FDUDFWHULVWLF��D�IRFDUXOXL��IDFWRUXO�GH�SR]L LH�D�IO�F�ULL�vQ�IRFDU�
f
MMH
hbaM
*−= (3.149)
cu: aM = 0,52 bM = 0,3 pentru combustibil lichid sau gazos.
h –�vQ�O LPHD�GH�SODVDUH�D�DU]�WRDrelor 2
* fHh =
Hf –�vQ�O LPHD�WRWDO��D�IRFDUXOXL�
&X�DFHVWH�GDWH�VH�GHWHUPLQ��VXSUDID D�GH�UDGLD LH�D�IRFDUXOXL� 3
238
11
10765,5 MT
T
TTaM
QS
f
t
tff
RR
−
⋅= − ξ (m2) (3.150)
$FHDVW��VXSUDID ��YD�IL�GLIHULW��GH� '
RS �GHWHUPLQDW��vQ�FDOFXOXO�DSUR[LPDWLY��'DF��GLIHUHQ D� HVWH�PDL�PDUH�GH������VH� UHLD� FDOFXOXO�prin atribuirea valorii calculate SR VXSUDIH HL�GH�SUHGLPHQVLRQDUH�6¶R.
6H�DOHJH�XQ�GLDPHWUX�GLQ� HYLOH�RELúQXLWH��GH�×d): φ 51×3; φ 57×3; φ 60×3,5;
φ 76×����úL�XQ�SDV�relativ s1 / de = 1,25 ÷ 1,5. 5H]XOW��QXP�UXO�GH�HOHPHQWH�vQ�IRFDU:
+= 1
1s
LINTN f (3.151)
Hf
h
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
84
3.4.8. Calculul termic al drumului convectiv I
Din calculele anterioare se cunosc: QCI, tf, tCI.
6H� S�VWUHD]�� DFHODúL� GLDPHWUX� DO� HYLORU� GH� OD� IRFDU� úL� DFHODúL� SDV� s1. Este de DVHPHQHD�GHWHUPLQDW��úL�O� LPHD�VHF LXQLL�GH�WUHFHUH�D�JD]HORU�SULQ�VLVWHPXO�FRQYHFWLY�,��6H�VWDELOHúWH�vQ�O LPHD�VLVWHPXOXL�FRQYHFWLY�,��bI��LPSXQkQG�R�YLWH]��GH�FLUFXOD LH�vQ�intervalul [ ]smwI 42' ÷= .
aw
tBV
bI
mg
I ⋅
+
='
273
273
, cu 2
CIf
m
ttt
+= (3.152)
6H�URWXQMHúWH�OD�YDORUL�vQWUHJL�úL�VH�UHFDOFXOHD]��YLWH]D wI. Pentru temperatura medie a gazelor de ardere tm� VH� GHWHUPLQ�� GLQ� anexa 9 XUP�WRDUHOH�YDORUL�
- vâscozitatea cinematiF�� ν (m2/s) - FRQGXFWLELOLWDWHD�WHUPLF�� λ (W/mK) - criteriul Prandtl Pr
&XUJHUHD�JD]HORU�GH�DUGHUH�VH�IDFH�WUDQVYHUVDO�SH�XQ�úLU�GH� HYL�DúH]DWH�vQ�linie. ÌQ�DFHVW�FD]�OXQJLPHD�FDUDFWHULVWLF��HVWH:
2
ec
dl
⋅=
π. (3.153)
Se calcuOHD]�� PDL� vQWkL� FULWHULXO� 1XVVHOW� SHQWUX� FXUJHUHD� JD]HORU� GH� DUGHUH�WUDQVYHUVDO�SH�XQ�UkQG�GH� HYL�
12,0
221 3,0
++=
p
mtl
T
TNuNuNu (3.154)
cu νΨ
= cI lWRe �úL�
141
s
deπ−=Ψ ;
3 PrRe644,0 ⋅+=lNu pentru 610Re10 << (3.155)
−⋅+
⋅⋅=
− 1PrRe443,21
PrRe037,0
3
21,0
8,0
tNu 310Pr6,0 << (3.156)
���&$/&8/8/�7(50,&�$/�&$=$1(/25�'(�$3��&$/'��6$8�),(5%,17(
85
Cu 273202
+++
= iep
ttT (K) (3.157)
Curgerea gazelor de ardere transversal pe un fascicul de n� UkQGXUL�GH� HYL� �VH�admite N=Nf).
12,0
1
)1(1
−+=
p
m
f
f
T
TNu
N
NNu
ω (3.158)
cu 2
1
15,1
7,0
3,07,0
1
−
−
Ψ−=
s
b
s
b
I
I
ω (3.159)
În toate cazurile: c
cl
Nu λα ⋅= (3.160)
&RHILFLHQWXO� GH� VFKLPE�GH�F�OGXU�� SULQ� UDGLD LH este determinat de parametrii:
22, ROOH pp , gmT �úL�JURVLPHD�VWUDWXOXL�UDGLDQW�s:
e
e
I
e
dd
b
d
ss
−
+= 1,487,1 1
(m) (3.161)
&RQVWDQWD�GH�UDGLD LH�D�JD]HORU�HVWH� ( ) ( )
22
22
2
100038,01
6,18,0ROOH
gm
ROOH
OH
gpp
T
spp
pk +
−
⋅+
+= (3.162)
iar coeficientul de emisivitate al gazelor de ardere:
sk
g
gea⋅−−= 1
&RHILFLHQWXO�GH�VFKLPE�GH�F�OGXU��SULQ�UDGLD LH�VH�FDOFXOHD]��FX�UHOD LD��
−
−
+⋅= −
gm
p
gm
p
gmg
p
r
T
T
T
T
Taa
1
1
2
110765,5
6,3
38α (W/m2K) (3.163)
XQGH�SHQWUX� FRHILFLHQWXO� GH� DEVRUE LH� DO� SHUHWHOXL�GH�R HO�se ia valoarea ap ������ úL�SHQWUX�WHPSHUDWXUD�DEVROXW��D�SHUHWHOXL� HYLL� 27320 ++= map tT (0K) (3.164)
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
86
t
∆tmax
S SC
tma
tf
tcI ∆tmin
Coeficientul de schimb de�F�OGXU��SH�SDUWHD�JD]HORU�GH�DUGHUH�YD�IL��
αg = αc+αr.
Coeficientul global de VFKLPE�GH�F�OGXU�:
g
g
Ikαε
α
⋅+=
1 (3.165)
cu valorile pentru coeficientul de PXUG�ULUH ε din tabelul 3. 'LIHUHQ D� PHGLH� D�WHPSHUDWXULORU� VH� FDOFXOHD]� cu UHOD LD�
maCI
maf
maCImaf
mI
tt
tt
ttttt
−
−−−−
=∆ln
)()(
ÌQ�ILQDO�VXSUDID D�GH�VFKLPE�GH�F�OGXU��D�GUXPXOXL�FRQYHFWLY�,�VH�GHWHUPLQ��FX�
UHOD LD��
mII
cIcI
tk
QS
∆⋅= (3.166)
Pentru un singur element,�VXSUDID D�GH�VFKLPE�GH�F�OGXU��YD�IL� )](2)(2[1 eIeele dbdadS −+−⋅= π (m2) (3.167) 6H�GHWHUPLQ��QXP�UXO�GH�HOHPHQWH�vQ�FRQYHFWLY�
el
CI
CIS
SN
1
= (3.168)
'DF��QX�VH�YHULILF��NCI ≅ Nf�VH�PRGLILF��GLPHQVLXQLOH�VLVWHPXOXL�FRQYHFWLY�úL�se reia calculul. 3.4.9. Calculul termic al drumului convectiv II
Se cunosc: QCII, tCI, tcos. &DOFXOXO�HVWH�LGHQWLF�FX�FHO�SUH]HQWDW�SHQWUX�GUXPXO�FRQYHFWLY�,�FX�vQ�O LPHD bII, 2
costtt CI
m
+= ��úL�UHOD LLOH�FULWHULDOH�VSHFLILFH�SHQWUX�FDOFXOXO�OXL�αc.
���&$/&8/8/�7(50,&�$/�&$=$1(/25�'(�$3��&$/'��6$8�),(5%,17(
87
De obicei tgm < 400 0&� úL� vQ� DFHVW� FD]�αr → 0 ceea ce înVHDPQ�� F�� VH� SRDWH�neglija.
Deci: c
cIIk
αεα
⋅+=
1�úL�
ma
maCI
mamaCImII
tt
tt
ttttt
−−
−−−=∆
cos
cos
ln
)()( (3.169)
6H�GHWHUPLQ���
mIIII
CIICII
tk
QS
∆= . (3.170)
Pentru un singur element:
)2(2*1 eIIeel dbadS −+= π . (3.171)
1XP�UXO�de elemente în convectiv II va fi:
*1el
CII
CIIS
SN = (3.172)
De obicei NCI ≠ NCII ≠ Nf úL� VH� SURFHGHD]�� OD� R� UHGLVWULEXLUH� D� VXSUDIH HORU�convective:
*11
*11
elel
elCIIelCI
CSS
SNSNN
++
= (3.173)
D��'DF��Nc ≅ Nf ± 1�FD]DQXO�YD�DYHD�QXP�UXO�GH�HOemente cel mai mare, dintre NC�úL�1f. E�� 'DF�� Nc ≠ Nf� VH� FDOFXOHD]�� VXSUDID D� GH� UDGLD LH� SHQWUX� XQ� HOHPHQW� DO�focarului.
t
S SC
tma
tcI
tcII ∆tmin
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
88
2))(( 11 ⋅++= hasdS f
el (3.174) 6H�FDOFXOHD]��XQ�QXP�U�GH�HOHPHQWH�FRPXQ�SHQWUX�R�PHGLH�SRQGHUDW�:
f
elelel
f
elfelCIIelCI
SSS
SNSNSNN
1*11
1*11
++
++= (3.175)
Se poate relua calculul de verificare al cazanului cu N elemente, fiind cunoscute suprafe HOH�GH�VFKLPE�GH�F�OGXU��� 6H�GHWHUPLQ��tf, Q’R, tCI, Q’CI�úL�Q’CII. 6H�YHULILF��GDF��Q’R + Q’CI + Q’CII = Q sau tCII=tcos initial.
3. CALCULUL�7(50,&�$/�&$=$1(/25�'(�$3��&$/'��6$8�),(5%,17(
89
3.5. Calculul termic al cazanelor acvatubulare�FX�EDWHULH�GH� HYL�QHUYXUDWH�úL�DU]�WRU�DWPRVIHULF�SHQWUX�FRPEXVWLELO�JD]RV�– „cazan mural” 3.5.���'HVFULHUHD�FD]DQHORU��HOHPHQWH�FRPSRQHQWH��PRG�GH�IXQF LRQDUH�
Fig. 3.11. Schema unui cazan DFYDWXEXODU�FX�EDWHULH�GH� HYL�QHUYXUDWH�úL�DU]�WRU� atmosferic pentru combustibil gazos – „cazan mural”
&D]DQHOH� VXQW� GHVWLQDWH� SURGXFHULL� GH� DS�� FDOG�� We / ti = 90 / 70 0C pentru
vQF�O]LUHD� XQRU� VSD LL�PLFL� ����–� ��� N:�� úL� VH�mai numesc „cazane de apartament”. &D]DQXO� VH� LQVWDOHD]�� vQ� LQWHULRUXO� DSDUWDPHQWXOXL�� GH� RELFHL� vQ� EXF�W�ULH�� IL[DW� SH�SHUHWH�SULQ�LQWHUPHGLXO�XQHL�UDPH��8QHRUL��vQ�DFHLDúL�FDUFDV��FX�FD]DQXO�VH�DPSODVHD]��SRPSD�GH�FLUFXOD LH�D�DJHQWXOXL�WHUPLF��YDVXO�GH�H[SDQVLXQH�vQFKLV�úL�XQ�VFKLPE�WRU�GH�F�OGXU�� FX�SO�FL� SHQWUX�SURGXFHUHD� DSHL� FDOGH�GH� FRQVXP�� ,Q� DFHVW� FD]� DQVDPEOXO� VH�FXQRDúWH�VXE�GHQXPLUHD�GH�FHQWUDO��GH�DSDUWDPHQW�
A
d D
'HWDOLX�� HDY��QHUYXUDW�
a
1
2
3
4
PRINCIPALELE ELEMENTE COMPONENTE
1. HYL�QHUYXUDWH� 2. focar; 3. DU]�WRDUH�DXWRDVSLUDQWH� 4. LQWUDUH�LHúLUH�S��FDOG��vQF�O]LUH� 5. SLHV��GH�HYDFXUH�D�JD]HORU�GH�DUGHUH��
cu rupere de presiune.
5
b
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
90
3HQWUX� RE LQHUHD� XQHL� VROX LL� LHIWLQH� VH� DGRSW�� VLVWHPXO� GH� DUGHUH� FX� ´DU]�WRU�atmosIHULF´� �� 6XE� DFHDVW�� GHQXPLUH� VH� vQ HOHJH� DU]�WRUXO� GH� JD]� QDWXUDO� FX� DHU�DXWRDVSLUDW� SULQ� HMHF LH��'HRDUFHFH� SULQ� HMHF LH� QX� VH� SRDWH� DVSLUD�PDL�PXOW� GH���RUL�volumul de gaz combustibil, restul aerului de ardere se introduce ca aer secundar aspirat prin depresiune în camera de ardere din mediul ambiant. Pentru un exces de DHU�X]XDO�GH��.� �����UH]XO��F��WUHEXLH�DVSLUDW�FD�DHU�VHFXQGDU�XQ�YROXP�GH�FFD�����RUL�volumul de gaz combustibil. $FHVW� VLVWHP� GH� IXQF LRQDUH� LPSXQH� H[LVWHQ D� XQHL� GHSUHVLXQL� VXILFLHQte în IRFDU�SHQWUX�R�DEVRE LH�GH�DHU��'HSUHVLXQHD�VH�FUHLD]��SULQ�autotirajul drumului de
gaze�DO�FD]DQXOXL��ÌQ�ILJXUD���VH�SUH]LQW��VFKHPD�IXQF LRQDO��
fig. 3.12 Componentele autotirajului drumului de gaze al cazanului DepUHVLXQHD�HIHFWLY��OD�ED]D�FD]DQXOXL�UH]XOW��GLQ�UHOD LD�
( ) ( ) ( )eigeoegcocgfofnet ppphghghgH ξξλ ∆∆∆ρρρρρρ −−−−⋅⋅+−⋅⋅+−⋅⋅=
XQGH�SLHUGHULOH�GH�VDUFLQ��ûS sunt: ûp� –�SLHUGHUH�GH�VDUFLQ��vQ�IDVFLFROXO�GH� HYL�QHUYXUDWH�DOH�FRQYHFWLYXOXL� ûp�L – SLHUGHUH�GH�VDUFLQ��ORFDOH�OD�LQWUDUHD�DHUXOXi;
ûp�H –�SLHUGHUH�GH�VDUFLQ��ORFDOH�OD�HYDFXDUHD�JD]HORU� 'HSUHVLXQHD�HIHFWLY�� OD�ED]D�FD]DQXOXL� WUHEXLH�V�� ILH�GH�FFD���÷���3D�úL�V��VH�PHQ LQ�� � SH� FkW� SRVLELO� FRQVWDQW�� SHQWUX� D� QX� IL� IOXFWXD LL� PDUL� GH� H[FHV� GH� DHU� vQ�WLPSXO�IXQF LRQ�ULL��$FHVWD�HVWH�úL�PRWLYXO�SHQWUX�FDUH�OD�LHúLUHD�gazelor de ardere din
hf��vQ�O LPH�IRFDU temperatura tf���GHQVLWDWH�JD]H�!gf
hc în�O LPH�convectiv temperatura tc��GHQVLWDWH�JD]H�!gc
he în�O LPH�tronson de evacuare temperatura te �GHQVLWDWH�JD]H�!ge
3. CALCULUL�7(50,&�$/�&$=$1(/25�'(�$3��&$/'��6$8�),(5%,17(
91
FD]DQ� VH� IDFH�R� UXSHUH�GH�SUHVLXQH�SHQWUX� FD� WLUDMXO� FRúXOXL� �YDULDELO� FX� WHPSHUDWXUD�H[WHULRDU���V��QX�LQIOXHQ H]H�GHSUHVLXQHD�GLQ�FD]DQ� $U]�WRUXO�HVWH�IRUPDW�GLQWU-XQ�JUXS�GH�HOHPHQWH�GH�DU]�WRU�DWPRVIHULF��DVIHO�F���Y�]XW��GH�VXV��IODF�UD�DSDUH�FD�XQ�FRYRU�GH�PLFL�IO�F�UL�LQGLYLGXDOH�FDUH�VH�XQHVF�vQWU-o ]RQ��GH�DUGHUH�FRPXQ���FX�VXSUDID D�HJDO��SUDFWLF�FX�VHF LXQHD�FDPHUHL�GH�DUGHUH� Pentru a rezista temperaturilor înalte din camera de ardere, aceasta este F�SWXúLW��LQWHULRU�FX�SO�FL�GH�ILEU��FHUDPLF��UH]LVWHQW��OD�WHPSHUDWXUL�vQDOWH�������0C). ÌQ� FRQWLQXDUHD� FDPHUHL� GH� DUGHUH� SH� YHUWLFDO�� VH� J�VHúWH� IDVFLFROXO� GH� HYL�nervurate care are rolul de sistem convectiv al cazanului. În acest convectiv, gazele de DUGHUH� FHGHD]�� DSHL� F�OGXUD� vQ� LQWHUYDOXO� GH� WHPSHUDWXUL� GH� OD� WHPSHUDWXUD� FDS�WXOXL�camerei de ardere tf la temperatura de la evacuare te� �� �HYLOH� QHUYXUDWH� FDUH�DOF�WXLHVF� VLVWHPXO� FRQYHFWLY� VXQW� FRQIHF LRQDWH� GH� RELFHL� GLQ� FXSUX� FX� nervuri de WDEO��GH�DOXPLQLX��ÌQ�XQHOH�VROX LL�ILHFDUH� HDY��DUH�QHUYXUL�FLUFXODUH��vQ�DOWH�VROX LL�FkWH�GRX�� HYL� DX� QHUYXUL� GUHSWXQJKLXODUH� FRPXQH�� 6ROX LD� WHKQLF�� GH� QHUYXUDUH� QX�LQIOXHQ HD]��PXOW�FDUDFWHULVWLFLOH�GH�IXQF LRQDUH��GH�DFHLD�vQ�FDOFXOH�VH�LD�ILHFDUH� DY��FX�QHUYXUD�FLUFXODU��FDUH-L�UHYLQH�GLQ�SXQFWXO�GH�YHGHUH�DO�WUDQVIHUXOXL�GH�F�OGXU��
ILJ��������'LPHQVLXQL� HDY��DULSDW��
3ULQFLSDOHOH�GLPHQVLXQL�JHRPHWULFH�DSDU�SH�ILJXU�� • GLDPHWUXO�H[WHULRU�DO� HYLL��G • diametrul exterior al nervurii D • vQ�O LPHD�QHUYXULL���K� ��'-d)/2 • grosimea nervurii g • pasul de nervurare s
d
D
h
s g
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
92
*D]HOH� VXQW� HYDFXDWH� OD� FRú� SULQWU-un dispozitiv de rupere de presiune. Acest GLVSR]LWLY�FRQVLVW��vQWU-R�KRW��vQ�FDUH�JD]HOH�GH�DUGHUH�LHV�OLEHU�GLQ�úWX XO�GH�HYDFXDUH�DO� FD]DQXOXL�� 'DWRULW�� FRPXQLF�ULL� FX� DWPRVIHUD� D� FDS�WXOXL� OLEHU� GLQ� úWX XO� GH�HYDFXDUH�� DLFL� VH� LQVWDOHD]�� SUHVLXQHD� VWDWLF�� DPELDQW�� úL� WLUDMXO� FRúXOXL� QX� PDL� DUH�nici-R�LQIOXHQ ��DVXSUD�UHJLPXOXL�GH�SUHVLXQL�GLQ�FD]DQ� Apa cald�� SURGXV�� GH� FD]DQ� LQWU��� GH� OD� UHWXUXO� LQVWDOD LHL� GH� vQF�O]LUH�� OD�FDS�WXO�LQIHULRU�DO�EDWHULHL�QHUYXUDWH�úL�SH�P�VXU��FH�SDUFXUJH� HYLOH�VH�vQF�O]HúWH��$SD�FDOG��HVWH�FROHFWDW��OD�SDUWHD�VXSHULRDU��D�FD]DQXOXL�úL�WULPLV��OD�FRQVXPDWRUL�� Cazanul este i]RODW� WHUPLF� FX� YDW�� PLQHUDO�� úL� SURWHMDW� OD� H[WHULRU� FX� WDEO��VXE LUH��6H�RE LQH�DVWIHO�XQ�FD]DQ�PRQREORF��FX�GLPHQVLXQL�UHGXVH�vQ�UDSRUW�FX�VDUFLQD�WHUPLF��SURGXV��� 3.5.2. Tema de proiectare
Prin tema de proiectare se dau : - Q – sarcina termiF��D�FD]DQXOXL��vQ�N:�� - te / ti –�WHPSHUDWXUD�DSHL�OD�LHúLUH�úL�LQWUDUH�vQ�FD]DQ���������0C sau 80/60 0C); - QDWXUD�úL�FRPSR]L LD�FRPEXVWLELOXOXL��JD]�QDWXUDO�VDX�G.P.L.) .
Aceste cazane, cu depresiune în focar, au coeficientul de exces de aer relativ marH� GDWRULW�� VLVWHPXOXL� DXWRDVSLUDQW� FDUH� QX� DVLJXU�� R� EXQ�� RPRJHQHL]DUH� D�combustibilului cu aerul:
α = 1,6 ÷ 1,8.
&RQIRUP� LQGLFD LLORU� GLQ� FDSLWROXO� �� VH� HIHFWXHD]�� FDOFXOXO� DUGHULL�FRPEXVWLELOXOXL�úL�VH�GHWHUPLQ����VO, Vgo, Hi, OHp
2,
2ROp ��VH�WUDVHD]��GLDJUDPD�,�– t
sau cp – t . 3.5.���&DOFXOXO�UDQGDPHQWXOXL�WHUPLF�DO�FD]DQXOXL�úL�D�GHELWXOXL�GH�FRPEXVWLELO� $FHVWH�FD]DQH�IXQF LRQHD]�� întotdeauna cu combustibil gazos (gaz natural sau G.P.L.) deci pierderile specifice mecanice (qmec�� úL� FHOH� SULQ� HYDFXDUHD� SURGXVHORU�solide din cazan (qcen) sunt nule. De asemenea B* = B . 6H�FDOFXOHD]��SLHUGHULOH�VSHFLILFH�GH�F�OGXU��� a). 3ULQ�HYDFXDUHD�JD]HORU�GH�DUGHUH�SH�FRú��TFRú) :
)(1
0coscos a
i
IIH
q α−= (3.176)
3. CALCULUL�7(50,&�$/�&$=$1(/25�'(�$3��&$/'��6$8�),(5%,17(
93
6H�DGPLWH��LPSXQH��R�WHPSHUDWXU��DSUR[LPDWLY��D�JD]HORU�GH�DUGHUH�OD�FRú�� C
ttt ei 0
cos )8060(2
÷++
= (3.177)
úL�GLQ�GLDJUDPD�,�–�W�VH�GHWHUPLQ��IFRú . Pentru temperatura aerului (ta ≅ 20 0&�� VH� FDOFXOHD]�� HQWDOSLD� DHUXOXL� WHRUHWLF�necesar arderii :
apaoao tcVI ⋅⋅= (3.178)
cu cpa = 1,297 kJ/ Km3
N �F�OGXUD�VSHFLILF��D�DHUXOXL�OD����0C . b). PULQ�DUGHUH�LQFRPSOHW��GH�QDWXU��FKLPLF��(qch) : 3HQWUX�DU]�WRDUH�DXWRDVSLUDQWH�FX�RPRJHQHL]DUH�GH�FDOLWDWH�medie:
qch = 0,005. c). 3ULQ�SHUH Li exteriori ai cazanului (qext) : Pentru cazane mici, foarte compacte, cu putere sub 80 kW, bine izolate, în faza de proiectare se poate adopta :
qext = 0,005 ÷ 0,008. 'LQ�SXQFW�GH�YHGHUH�HQHUJHWLF��F�OGXUD�SLHUGXW��OD�H[WHriorul cazanului este tot R� F�OGXU�� XWLO�� GHRDUHFH� FD]DQXO� IXQF LQHD]�� vQ� LQWHULRUXO� DSDUWDPHQWXOXL� SH� FDUH-l vQF�O]HúWH�� 'LQ� DFHVWH� FRQVLGHUHQWH� Text = 0� �� 7RWXúL�� SHQWUX� LSRWH]D� IXQF LRQ�UL�cazanului într-R� FDPHU�� FDUH� QX� QHFHVLW�� vQF�O]LUH�� VH� SRDWH� DFFHSWD� úL� LSRWH]D������������qext = 0,5 – 0,8 %. Randamentul cazanului�VH�FDOFXOHD]��FX�UHOD LD�� )(1 cos extch qqq ++−=η �úL� ηη ⋅=100% (%) (3.179)
Debitul de combustibil va fi :
iH
QB
⋅=
η ( s/m3N ) (3.180)
3.5.���%LODQ XO�GH�DQVDPEOX�DO�FD]DQXOXL )OX[XO�GH�F�OGXU��XWLO�DO�FD]DQXOXL�HVWH���� Q ; )OX[XO�GH�F�OGXU��DGXV�GH�FRPEXVWLELO��� Qcomb = B ⋅ Hi ; )X[XO�GH�F�OGXU��DGXV�GH�DHUXO�GH�DUGHUH��� Qa = B ⋅ α ⋅Vo⋅ cpa ⋅ ta ;
)X[XO�GH�F�OGXU��SLHUGXW�OD�FRú��� QFRú = B ⋅ IFRú ;
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
94
)X[XO�GH�F�OGXU��SLHUGXW�SULQ�DUGHUH�LQFRPSOHW��� Qinc = qch ⋅ B ⋅ Hi .
5H]XOW��WDEHOXO�GH�ELODQ ��
Fluxuri introduse – pierderi
Fluxuri utile
Qcomb
Qa
- QFRú - Qinc
- Qext
Q
∑ = 'QQ ''∑ = QQ
(URDUHD�UHODWLY����� %1100
'
"'<⋅
−=
Q
QQε (3.181)
'LQ� WDEHOXO� �� VH� SRDWH� VFULH� VXE� IRUP�� H[SOLFLW�� SLHUGHUHD� GH� F�OGXU�� OD�evacuare a gazelor:
- Qev = - qFRúBHi = - BIFRú�+ BαVocpata = - QFRú + Qa . (3.182)
3.5.5. Calculul tHPSHUDWXULORU�úL�HQWDOSLLORU�JD]HORU�GH�DUGHUH�SH�WUDVHX� (QWDOSLD�WHRUHWLF��D�JD]HORU�GH�DUGHUH�VH�FDOFXOHD]��FX�UHOD LD�� apachit tcVqHI 0)1( α+−= (3.183)
Din digrama I –�W�VH�GHWHUPLQ��WHPSHUDWXUD�WHRUHWLF��GH�DUGHUH���
),( αtt Ift = . 6H�LPSXQH��DOHJH��WHPSHUDWXUD�OD�LHúLUHD�JD]HORU�GH�DUGHUH�GLQ�IRFDU���
tf = 900 ÷ 1100 0C . Aceste valorile ULGLFDWH� GH� WHPSHUDWXUD� OD� VIkUúLWXO� IRFDUXOXL� sunt specifice
FD]DQHORU�FX�IRFDUH�IRDUWH�SX LQ�U�FLWH��/D�DFHVWH�FD]DQH�VXSUDID D�GH�UDGLD LH în focar HVWH� VXSUDID D� VHF LXQLL� VXSHULRDUH� D� FDPHUHL� GH� DUGHUH� XQGH�� SDUWHD� LQIHULRDU�� D�IDVFLFROXOXL�FRQYHFWLY�SULPHúWH�F�OGXU��úL�SULQ�UDGLD LH��
Din diagrama I –�W��VH�GHWHUPLQ��HQWDOSLD�JD]HORU�GH�DUGHUH�OD�LHúLUHD�GLQ�IRFDU��
3. CALCULUL�7(50,&�$/�&$=$1(/25�'(�$3��&$/'��6$8�),(5%,17(
95
),( αff tfI = (3.184)
)OX[XO�GH�F�OGXU��SUHOXDW�SULQ�UDGLD LH�vQ�IRFDU�YD�IL���
)()1( ftextR IIBqQ −−= (kW) (3.185)
)OX[XO�GH�F�OGXU��SUHOXDW�GH�VLVWHPXO��FRQYHFWLY�YD�IL���
,Rc QQQ −= (3.186)
Entalpia gazelor de ardere la sfâUúLWXO�GUXPXOXL�FRQYHFWLY�HVWH��
Bq
QII
ext
c
fc )1( −−= (3.187)
úL�GLQ�GLDJUDPD�,�–�W�UH]XOW��WHPSHUDWXUD���
),( αcc Ift = (3.188)
ÌQFKLGHUHD�ELODQ XOXL�LPSXQH���Ic ≅ IFRú úL tc ≅ tFRú��úL�VH�DGPLW�HURULOH�UHODWLYH��
100cos
cos
II
II
t
c
I −−
=ε maxim 0,5%
úL
100cos
cos
tt
tt
t
c
t −−
=ε maxim 0,5% (3.189)
3.5.���%LODQ XO�JUDILF�DO�FD]DQXOXL�
'HELWHOH�GH�F�OGXU��Qcomb, QR, Qc, Qa� úL� IOX[XULOH�SLHUGXWH�QFRú, Qinc, Qext se WUDQVSXQ�JUDILF�DO�VFDU���FD�vQ�ILJXUD������FX�B* = B; Qpa = 0; Qsfc = 0; Qsi = 0; Qec = 0; qmec ���úL�qcen = 0) . 3.5.7. Predimensionarea cazanului
6HF LXQHD�LQWHULRDU�����D�[�E����D�FD]DQXOXL�HVWH�GHWHUPLQDQW��SHQWUX�WRDW��IRUPD�FRQVWUXFWLY���Y��ILJ�3.11). 3HQWUX� DOHJHUHD� DFHVWHL� VHF LXQL� VH� � DOHJ� vQ� SUHDODELO� FDUDFWHULVWLFLOH� HYLL�nervurate . Dimensiunile (v. fig.3.13) X]XDOH�DOH� HYLL�QHUYXUDWH�VXQW� d = 16 ÷ 25 mm uzual d = 20 mm D = (2 ÷ 2,5) * d uzual D = 50 mm
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
96
g = 0,8 ÷ 1,2 mm uzual g = 1 mm s = g + (1,5 ÷ 2,5) mm uzual s = 3 mm 1XP�UXO�GH� HYL�SHUSHQGLFXODU�SH�GLUHF LD�GH�FXUJHUH�D�JD]HORU�GH�DUGHUH�11 se DOHJH�IXQF LH�GH�SXWHUHD�FD]DQXOXL�DVWIHO� Q = 20 ÷ 30 kW --> N1=2 Q = 30 ÷ 50 kW --> N1=3 Q = 50 ÷ 80 kW --> N1=4 6HF LXQHD� FDQDOXOXL� GH gaze se FRQVLGHU�� GUHSWXQJKLXODU�� FX raport dimensional:
a / b = (3 ÷ 5) 9LWH]D� PHGLH� D� JD]HORU� GH� DUGHUH� � vQ� GUXPXO� FRQYHFWLY� VH� LD� UHODWLY� PLF�����������wg� �������������P�V���GHRDUHFH�GLVSRQLELOXO�GH�WLUDM�HVWH�PLF�úL�SLHUGHULOH�GH�VDUFLQ��SULQ IDVFLFROXO� GH� HYL� WUHEXLH� V�� ILH� PLFL�� 3HQWUX� FDOFXOHOH� SUHOLPLQDUH� VH� FRQVLGHU�� F��temperatura medie a gazelor în drumul convectiv este tmg = 600 C. Pentru a realiza viteza wg�D�JD]HORU�GH�DUGHUH�HVWH�QHFHVDU��R�VHF LXQH�OLEHU��GH�curgere Slc :
( )( )
273
27311
+⋅−+= gm
g
ogo
c
t
w
VVBS
α [m2] (3.190)
$FHDVW��VXSUDID ��OLEHU��HVWH�GDW��GH�VXSUDID D�FDQDOXOXL��a· b din care se scade VXSUDID D� GH� VHF LXQH� RFXSDW�� GH� HYL� úL� QHUYXUL�� 3HQWUX� VLPSOLILFDUHD� FDOFXOXOXL� VH�GHWHUPLQ��XQ��ÄJUDG�GH�VHF LXQH�OLEHU�´��0 dHILQLW�FD�ILLQG�VXSUDID D�OLEHU��GH�FXUJHUH�UDSRUWDW��OD�VXUDID D�WRWDO��D�FDQDOXOXL���
*UDGXO�GH�VHF LXQH� OLEHU��0�SHQWUX� vQWUHDJD�VXSUDID ��HVWH�DFHODúL�FD�SHQWUX�XQ�SDV�GH� HDY���GHRDUHFH�DFHVW�SDV�VH�UHSHW��SH�WRDW��VHF LXQHD��
Fig. 3.14.
Scanal = D*s Socupat = d*s + (D-d)*g Sliber = Scanal – Socupat 0� �6liber / Scanal Scanal = Sliber ���0
d
D
h
s g
3. CALCULUL�7(50,&�$/�&$=$1(/25�'(�$3��&$/'��6$8�),(5%,17(
97
/� LPHD�FDQDOXOXL�GH�FLUFXOD LH�D�gazelor de ardere�HVWH�GDW��GH�QXP�UXO�GH� HYL��N1�PXOWLSOLFDW� FX�GLDPHWUXO� QHUYXULL� �'� � �VH�FRQVLGHU�� F�� vQWUH�FDSHWHOH�QHUYXULORU� úL�SHUHWHOH�FDQDOXOXL��UHVSHFWLY�vQWUH�GRX��FDSHWH�GH�QHUYXU���QX�H[LVW��MRF�VHPQLILFDWLY��
b = N1 Ü D [m] (3.191) /XQJLPHD�FDQDOXL�HVWH�VXSUDID D�FDQDOXOXL�UDSRUWDW��OD�O� LPHD�FDQDOXOXL�
b
Sa
⋅=
ε1 (3.192)
Determinarea acestei cote GHILQHúWH VROX LD�GLPHQVLRQDO��ILQDO��D�FD]DQXOXL� - lungimea canalului a -�O� LPHD�FDQDOXOXL������� b -�QXP�UXO�GH� HYL��������� N1 -�GLDPHWUXO� HYLL����������� d - diametrul nerurii D - pasul nervurii s
3.5.8. Calculul termic la focarului
Acest calcul are ca scop determinarea tePSHUDWXULL� ILQDOH� D� IRFDUXOXL�� LQkQG�VHDPD�GH�IDSWXO�F��VXSUDID D�HIHFWLY��GH�UDGLD LH�6R�HVWH�VXSUDID D�FDQDOXOXL�FRQYHFWLY��$FHVW� OXFUX� HVWH� HYLGHQW� GHRDUHFH� UDGLD LD� HPLV�� GH� IRFDU� VSUH� SDUWHD� VXSHULRDU�� D�FDPHUHL�GH�DUGHUH�HVWH�LQWHJUDO�DEVRUELW��GH�SDUWHD�YL]LELO��D�VLVWHPXOXL�FRQYHFWLY��GHFL�GH�vQWUHDJD�VHF LXQH�D�FDQDOXOXL�GH�JD]H:
SR = b· a . (3.193)
Gradul de ecranare
=Ψ
per
R
S
S �DO�IRFDUXOXL�UH]XOW��GLQ�UDSRUWXO�GLQWUH�VXSUDID D�SHUH LORU�FDPHUHL�GH�DUGHUH�úL�VXSUDID D�HIHFWLY��GH�UDGLD LH��6R . )RFDUXO��DUH�IRUPD�JHRPHWULF��SDUDOHOLSLSHGLF��FX�VHF LXQHD�aÜb�úL�vQ�O LPHD�hf din figura 3.11. pHQWUX�GHVYROWDUHD�FRPSOHW��D�IO�F�ULL��DVWIHO�FD�VIkUúLWXO�SURFHVXOXL�GH�DUGHUH�V��QX�GHS�úHDVF��vQ�O LPHD�IRFDUXOXL�
Se FRQVLGHU��vQ�O LPHD�IRFDUXOXL� hf = 0,25÷0,35 m.
5H]XOW��XUP�WRDUHOH�GLPHQVLXQL�DOH�IRFDUXOXL�
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
98
- volumul focarului Vf = a· b· hf
-�VXSUDID D�SHUH LORU� ( ) bahbaS fper⋅⋅+⋅+⋅= 22
-�VXSUDID D�HIHFWLY��GH�UDGLD LH� baSR ⋅=
- gradul de ecranare per
R
S
S=Ψ
- grosimea stratului radiant : per
f
S
Vs 6,3= (m)
6H� FDOFXOHD]�� vQ� FRQWLQXDUH� FDUDFWHULVWLFD� UDGLDQW�� D� JD]HORU� GH� DUGHUH� � GLQ�focar:
)(1000
38,01)(
6,18,022
22
2
ROOH
f
ROOH
OHpp
T
spp
pkg +
−
⋅+
+= (3.194)
6H�FDOFXOHD]��FRHILFLHQWXO�GH�DEVRUE LH�DO�JD]HORU�GH ardere din focar :
sk
ggea⋅−−= 1 (3.195)
6H�FDOFXOHD]��FDUDFWHULVWLFD�UDGLDQW��D�IO�F�ULL�FX�UHOD LD�DSUR[LPDWLY��� 5,0
10006,1 −= f
fl
Tk (3.196)
úL�FRHILFLHQWXO�GH�DEVRUE LH�DO�IO�F�ULL�FX�UHOD LD��
sk
fl
flea⋅−−= 1 (3.197)
3RQGHUHD�DEVRUE LHL�IO�F�ULL�FX�FHD�D�PHGLXOXL�UDGLDQW�GH�JD]H�GH�DUGHUH�VH�IDFH�GXS��FULWHULL�experimentale, considerând o pondere β�D�S�U LL�OXPLQRDVH�D�IO�F�ULL� 3HQWUX�IO�F�UL��SX LQ�OXPLQRDVH�GH�FRPEXVWLELO�JD]RV���� ���� CoeficieQWXO�GH�DEVRUE LH�DO�IO�F�ULORU�úL�JD]HORU�GH�DUGHUH�HVWH�GDW�GH�UHOD LD�� gfl aaa ⋅−+⋅= )1( ββ (3.198)
&RHILFLHQWXO�GH�PXUG�ULUH�D�VXSUDIH HORU�HVWH�� ξ=0,7 ÷ 0,9 combustibil gazos &X�DFHVWH�YDORUL�VH�FDOFXOHD]��FDUDFWHULVWLFD�UDGLDQW��D focarului :
ξΨ−+⋅
=)1(
82,0
aa
aa f (3.199)
3. CALCULUL�7(50,&�$/�&$=$1(/25�'(�$3��&$/'��6$8�),(5%,17(
99
2� DOW�� FDUDFWHULVWLF�� D� IRFDUXOXL� HVWH� IDFWRUXO� GH� SR]L LH� D� IO�F�ULL� vQ� IRFDU��pentru combustibil lichid sau gazos :
f
MMH
hbaM −= (3.200)
XQGH�SHQWUX�IRFDUH�YHUWLFDOH�FX�IODF�U��SH�VXSUDID D�LQIHULRDU�� aM=0,54; bM=0,2; h/Hf = 0,2 &X�DFHVWH�GDWH�VH�GHWHUPLQ��WHPSHUDXUD�GH�OD�FDS�WXO�IRFDUXOXL��
( ) 11
6,03
+
⋅⋅−
⋅⋅⋅⋅=
pginc
Rtfo
tf
cVBq
STaCM
TT
ξ [oK] (3.201)
Temperatura GH�LHúLUH�D�JD]HORU�GH�DUGHUH�GLQ�IRFDU��în oC, este : tf = Tf -273 [oC] $FHDVW��WHPSHUDXWU��YD�IL�GLIHULW��GH�Wf �DOHDV��vQ�FDOFXOXO�GH�DSUR[LPDUH��'DF��GLIHUHQ D�HVWH�PDL�PDUH�GH������FFD������.��VH�UHLD�FDOFXOXO�FX�YDORDUHD�Wf��UH]XOWDDW��GLQ� FDOFXOXO� ILQDO�� 'DF�� HURDUHD� HVWH�PDL�PLF��� VH� FRQWLQX�� FDOFXOXO� FX� WHmperatura focarului tf� � UH]XOWDW��GLQ�FDOFXO�GDU�QX�VH�PDL�UHLD�FDOFXOXO�WUDQVIHUXOXL�GH�F�OGXU�� OD�VXSUDID D�GH�UDGLD LH� 3.5.9. Calculul termic al drumului convectiv
'UXPXO� FRQYHFWLY� HVWH� GHWHUPLQDW� GLQ� FDOFXOHOH� DQWHULRDUH� SULQ� XUP�WRULL�parametrii : Qc –�GHELWXO�GH�F�OGXU��FHGDW�GH�JD]HOH�GH�DUGHUH���N:��� tf –�WHPSHUDWXUD�JD]HORU�GH�DUGHUH�OD�LQWUDUH�vQ� HYL��0C) ; tFRú –�WHPSHUDWXUD�JD]HORU�GH�DUGHUH�OD�LHúLUHD�GLQ� HYL��OD�FRú���
te/ti – temperatura apei (0C) . Deoarece temperatura la� FDS�WXO� IRFDUXOXL� V-D� PRGLILFDW� ID �� GH� FHD� DOHDV��
LQL LDO� vQ� FDOFXOHOH� GH� ELODQ �� VH� UHFDOFXOHD]�� IOX[XO� GH� F�OGXU�� SUHOXDW� GH� VLVWHPXO�convectiv.
Din diagrama I –�W��VH�GHWHUPLQ��HQWDOSLD�JD]HORU�GH�DUGHUH�OD�LHúLUHD�GLQ�IRFDU���
),( αff tfI = . (3.202)
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
100
)OX[XO�GH�F�OGXU��SUHOXDW�SULQ�UDGLD LH�vQ�IRFDU�YD�IL���
)()1( ftextR IIBqQ −−= (kW) (3.203)
)OX[XO�GH�F�OGXU��SUHOXDW�GH�VLVWHPXO��FRQYHFWLY�YD�IL���
,Rc QQQ −= (kW) (3.204) 6FKLPEXO�GH�FDOGXU��FRQYHFWLY�vQWUH�JD]HOH�GH�DUGHUH�úL�DS��VH�IDFH�FX�R�EDWHULH�
FX� HYL�QHUYXUDWH��DúD�FXP�V-D�SUH]HQWDW�vQ�GHVFULHUHD�VROX LHL�FRQVWUXFWLYH�D�FD]DQXOXL��&XP�VH�FXQRDúWH�GLQ� WHRULD�JHQHUDO��D�VFKLPE�WRDUHORU�GH�F�OGXU���VROX LD�FRQVWUXFWLY��GH� H[WLQGHUH� D� VXSUDIH HL� GH� WUDQVIHU� GH� F�OGXU�� SH� SDUWHD� JD]HORU� GH� DUGHUH�� SULQ�QHUYXUDUH��VH�DSOLF��SHQWUX�D�FRPSHQVD�vQWU-R�RDUHFDUH�P�VXU��UDSRUWXO�GHIDYRUDELO�FDUH�H[LVW��vQWUH�FRHILFLHQWXO�GH�WUDQVIHU�GH�F�OGXU� de la gaze fa � de cel de la ap�. Nervurile, circularH�� S�WUDWH� VDX� GUHSWXQJKLXODUH�� VXQW� GLVSXVH� HFKLGLVWDQW� SH�H[WHULRUXO� HYLL��VXE�IRUP��GH�GLVFXUL��'LPHQVLXQLOH�X]XDOH�DOH� HYLORU�úL�QHUYXULORU�V-au ales în calculul de predimensionare. Cotirea evilor se face prin coturi nenervurate, în exteriorul sec iunii de trecere a gazelor de ardere. Num�rul de rânduri de evi� vQ� GLUHF LD� GH� FXUJHUH� D� JD]HORU� GH� DUGHUH� �12 se stabileúte prin calculul termic al suprafe ei de transfer de c�ldur� necesar�.
Ecua ia de WUDQVIHU�GH�F�OGXU� este:
mapaapamggc tSKtSKQ ∆⋅⋅=∆⋅⋅= [W] (3.205)
unde : Kg si Kapa reprezint� coeficientul global de transfer de c�ldur�, raportat fie la suprafa a extins�, pe parte gazelor de ardere, “Sg” , fie la suprafa a lis�, pe partea apei, “Sapa”; ûtm� UHSUH]LQW�� GLIHUHQ D� PHGLH� ORJDULWPLF�� GH� WHPSHUDWXU�� vQWUH� FHL� GRL� DJHQ L�termici, corectat� cu un coeficient depinzând de geometria curgerii úi parametri agen ilor.
Temperatura medie a gazelor de ardere este tgm = (tf + tFRú�)/ 2. Temperatura medie a apei este tapam = (ti + te )/ 2.
3HQWUX�WHPSHUDWXULOH�PHGLL�DOH�DJHQ LORU�WHUPLFL�VH�GHWHUPLQ��F�OGXULOH�VSHFLILFH��
cpaer si capa��GLQ�DQH[H�VDX�GLQ�UHOD LLOH�GH�UHJUHVLH�SUH]HQWDWH�vQ�DQH[HOH�UHVSHFWLYH�
Debitul de ap� FDUH�SDUFXUJH� HYLOH�este:
3. CALCULUL�7(50,&�$/�&$=$1(/25�'(�$3��&$/'��6$8�),(5%,17(
101
( )ieapa ttc
QG
−⋅= [kg/s] (3.206)
Deoarece apa trece prin N1� � HYL� vQ�SDUDOHO�� HDYD�DYkQG�GLDPHWUXO�LQWHULRU� �Gi , YLWH]D�DSHL�VH�FDOFXOHD]��FX�UHOD LD�
( )21
4
iapa
apadN
Gw
⋅⋅⋅
=πρ [m/s] (3.207)
Deoarece s-au facut rotunjiri care afecteaz� viteza de curgere a gazelor de ardere, aceasta se recalculeaz�:
( )( )273
2731
1
+⋅
−+= gm
c
ogo
g
t
S
VVBw
α [m/s] (3.208)
TRANSFERUL DE CüDURü DE LA GAZELE DE ARDERE LA PERETELE METALIC
Transferul de c�ldur� este de tip convectiv. Gazele circul� prin canalele realizate între nervuri, care au la imea (s-g). Considerând canalul format din doua evi al�turate, cealalt� latur� a sec iunii de curgere este�GXEOXO�vQ�O LPLL�QHUYXULL� 2Üh .
Relatiile de calcul, de tip experimental, sunt date func ie de o lungime caracteristic� fix� pentru baterie care este pasul nervur�rii : s .
Pentru calcule este necesar� cunoaúterea unor parametri fizici caracteristici gazelor de ardere care se determin� din tabela anexa 9, pentru temperatura medie a gazelor de ardere tgm:
- viscozitatea cinematic�, #g ; - conductibilitatea termic�, �g ; - criteriul Prandtl, Prg .
Coeficientul de convec ie “αg” se calculeaz� dup� metodologia convec iei în curgere for at� prin canale úi este acelaúi pentru partea de suprafa � lis� a evii úi partea de suprafa � extins� a nervurii.
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
102
Pertele evii are la suprafa a de contact cu aerul o anumit� temperatur� “tp” , care se reg�seúte úi la baza nervurii. Din cauza rezisten ei termice conductive, temperatura peretelui nervurii “tpn” este din ce in ce mai ULGLFDW� spre vârful nervurii. Pentru a nu complica sistemul de calcul, se consider� temperatura suprafe ei nervurii constant�, aceeaúi cu a peretelui evii, dar se afecteaz� suprafa a nervurii cu un "randament" subunitar “�nerv” care face compensarea fluxului mai sc�zut de c�ldur� a suprafe ei cu temperatura mai ULGLFDW� decât cea a evii. Rela ia criterial� pentru transferul de c�ldur� este func ie de turbulen a curgerii, deci de criteriul Re. Se calculeaza criteriul Reg , inând seama c� lungimea caracteristic� este pasul de nervurare, din relatia:
Reg
g
g
sw
ν⋅
= (3.209)
Coeficientul de transfer de c�ldur� prin convec ie de la gazele de ardere la peretele exterior se calculeaz� cu rela iile peQWUX�IDVFLFRO�GH� HYL�vQ�OLQLH��FX�QRWD LLOH :
��Pnerv = s; Hnerv = h; de = d; Dnerv = D; Bnerv = g. * evi cu nervuri rotunde
0,140,54
72,0Re104,0
⋅
⋅⋅=
nerv
nerv
e
nerv
ggH
P
d
PNu (3.210)
* evi cu nervuri p�trate
Re096,00,140,54
72,0
⋅
⋅⋅=
nerv
nerv
e
nervgg
H
P
d
PNu (3.211)
in continuare, pentru ambele cazuri :
⋅⋅
=Km
W
P
Nu
nerv
gg
g 2*
λα (3.212)
Aúa cum s-a ar�tat, în metodica uzual� de calcul se ine seama de un randament subunitar al suprafe ei nervurilor. Acesta depinde de dou� constante adimensionale ale nervurii:
e
nervD
d
DX = (3.213)
si
3. CALCULUL�7(50,&�$/�&$=$1(/25�'(�$3��&$/'��6$8�),(5%,17(
103
2
0,5*
⋅
⋅=
nervnerv
nervIB
HXg
λ
α (3.214)
unde conductibilitatea termica a metalului nervurii este pentru o el �nerv = 50 W/(m.K), pentru cupru �nerv = 300 iar pentru aluminiu �nerv = 175 . Curbele de randament se calculeaza, pentru XD > 2, cu relatiile :
• pentru XI > 0.8 : (3.215)
• pentru XI < 0.8 : (3.216)
Cu acest randament, care îns� afecteaz� numai suprafa a extins�, se determin� coeficientul corectat de transfer de c�ldur� pe partea gazelor de ardere, dup� cum urmeaz�:
- se determin� suprafa a de schimb de c�ldur� a unei nervuri :
( ) [ ] 4
2 222
mdD
Se
nerv
nerv−⋅
⋅=π
(3.217)
- suprafa a lis� a evii pe partea gazelor de ardere între dou� nervuri este:
( ) [ ] m dBPS enervnervl
2 ⋅⋅−= π (3.218)
( )( )( )
( ) 8,0
20,071-0,525
20,140,363
20,05-0,8
2,359
0,631-
0,797
ηηη
η
η
η
η C
Inerv
D
D
D
XBA
XC
XB
XA
−⋅−=
−⋅=
−⋅+=
−⋅=
( )( )
( )
20,093-,7371
20,0660,295
1
1,13
0,71
ηηη
η
η
η
η C
Inerv
D
D
XBA
XC
XB
A
⋅−=
−⋅=
−⋅+=
=
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
104
- suprafa a total� pe un pas este suma celor dou� suprafe e anterior calculate:
[ ] m SSS lnervtot
2 += (3.219)
- iar coeficientul de transfer de caldura corectat se determin� din rela ia:
Km
W
S
SS
tot
lnervnervgg
⋅+⋅
⋅= 2*
ηαα (3.220)
REZISTENTA TERMICü A PERETELUI �EVII ùI A DEPUNERILOR DE
PE PERE�I Rezisten a termic� a peretelui evii este (/per / �per), în care /per este grosimea peretelui evii úi �per conductibilitatea termic� a metalului evii (pentru o el �per=50(W/m.K), pentru cupru �per=300(W/m.K) iar pentru aluminiu �per= 175(W/m.K)). $FHDVW�� UH]LVWHQ �� WHUPLF��DUH�vQV��R�YDORDUH�IRDUWH�PLF��úL�GH�RELFHL�VH�neglijeaz� în calculele curente. 5H]LVWHQ D� WHUPLF� a depunerilor de piatr� (/p/�p) pe pere ii evilor este foarte mare, ea constituind principala rezisten � în schimbul de c�ldur���9DORULOH�UH]LVWHQ HORU�WHUPLFH�� IXQF LH� GH� FDOLWDWHD� DSHL�� GH� YLWH]D� GH� FXUJHUH� úL� GH� WHPSHUDWXUD� PHGLH� D�agentului termic sunt prezentate în capitolul 1� DO� ,QGUXP�WRUXOXL� Ge Proiectare pentru 6FKLPE�WRDUH� GH� &�OGXU��� 3HQWUX� DSD� GLQ� LQVWDOD LL� GH� vQF�O]LUH� VH� SRDWH� considera , SHQWUX�GHSXQHULOH�GH�SLDWU��� /p� ��������P��úL���p = 1 W/(m K)
Rezistentele termice conductive se însumeaz�:
2
W
Km
p
p
per
per
⋅+=∑ λ
δλδ
λδ
(3.221)
TRANSFERUL DE CüLDURü LA PERETELE INTERIOR AL �EVILOR
Transferul de c�ldur� GH� OD�SHUHWHOH� HYLL� OD� DS��este de tip convectiv, în regim permanent, f�r� schimbare de stare, curgere prin interiorul evilor. Pentru calcule este necesar� cunoaúterea unor parametrii fizici caracteristici apei. Aceútia se determin� din tabela anex� pentru temperatura medie a apei tapam:
3. CALCULUL�7(50,&�$/�&$=$1(/25�'(�$3��&$/'��6$8�),(5%,17(
105
- viscozitatea cinematic�, #apa ;
- conductibilitatea termic�, �apa ; - criteriul Prandtl, Prapa .
Rela ia criterial� pentru transferul de c�ldur� este func ie de turbulen a curgerii, deci de criteriul Re. Se calculeaza criteriul Reapa, inând seama c� lungimea caracteristic� este diametrul interior al evii, din rela ia:
dw
Reapa
iapa
apa ν⋅
= (3.222)
În func ie de valoarea ob inut� pentru Reapa se aplic� una din XUP�WRUHOH� rela ii
criteriale:
pentru Rea > 10000 40800240 ,,
apa PrRe.Nu ⋅⋅= (3.223)
pentru 2300 < Rea < 10000
PrRe.Nu Re
,,
apa ε⋅⋅⋅= 40800240 (3.224)
unde 0Re = 1- 6.105· Re-1,8
pentru Re < 2300
PrReLt
d,
PrReLt
d,
,Nu,
aai
aai
apa 660
04501
06880653
⋅⋅⋅+
⋅⋅
⋅
+= (3.225)
Lungimea Lt a tevilor se FRQVLGHU��D�IL�lungimea unei evi nervurate.
Coeficientul de transfer de c�ldur� de la ap� la peretele interior al evii se calculeaz� cu rela ia:
Km
W
d
Nu
i
apaapa
apa
⋅⋅
=2
λα (3.226)
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
106
COEFICIENTUL GLOBAL DE TRANSFER DE CüLDURü
Se alege o suprafa � de control deoarece suprafe ele de transfer de c�ldur� nu sunt egale pentru cele doua fluide. Pentru un pas de nervur� suprafa a pe partea sc�ldat� de gazele de ardere este:
( ) ( )gsddDS g −⋅⋅+−⋅⋅
= ππ 22*
4
2 (3.227)
Tot pentru un pas de nervurare suprafa a pe partea interioar� a tevii este: iapa dSS ⋅⋅= π* [m2] (3.228)
• Daca se alege ca suprafa � de control interiorul evilor (suprafa a pe partea
apei), coeficientul global de transfer de c�ldur� va fi:
Km
W
S
S
K
apa
aeraer
apa
apa
⋅
⋅++
=∑
2111
αλδ
α (3.229)
• Dac� se alege ca suprafa � de control exteriorul evilor (suprafa a pe partea
gazelor de ardere), coeficientul global de transfer de c�ldur� va fi:
11
12
⋅+⋅
+
=
∑Km
W
S
SK
gapa
g
apa
g
αλδ
α
(3. 230)
DIFEREN�A MEDIE DE TEMPERATURI ùI DIMENSIONü5, FINALE Se consider� un curent incruciúat între ap� úi gazele de ardere úi se utilizeaz� metoda “0 - NTC” pentru determinarea diferen ei medii de temperatur�. Se consider� diferen a medie de temperaturi în contracurent, urmând ca aceasta s� fie corectat� ulterior prin coeficientul de eficien � “0” .
3. CALCULUL�7(50,&�$/�&$=$1(/25�'(�$3��&$/'��6$8�),(5%,17(
107
Din diagrama de evolu ie a temperaturilor, se determin� diferen ele de temperaturi maxim� úi minim�, ûtmax = tf – ti si ûtmin = tFRú – te .
Se calculeaz� diferen a medie de temperaturi în contracurent:
[ ] C
t
tln
ttt
o
min
max
minmaxccm
∆∆
∆∆∆
−=− (3.231)
6XSUDID D�VLVWHPXOXL�FRQYHFWLY�UH]XOW��
[ ] 2m
tK
QS
ccmg
cbat
−∆⋅= (3.232)
Se determin� echivalen ii termici ai celor doi agen i���IXQF LH�GH�'g) :
cDW ggg ⋅=
unde Dg [m3N/s] este debitul volumic de gaze de ardere ; Dg=B· Vg
apaapaapa cDW ⋅=
unde Dapa�>NJ�V@�HVWH�GHELWXO�PDVLF�GH�DS�. (3.233) Se identific� dintre cei doi echivalen i�vQ�DS� Wmin úi Wmax úi se determin�:
Wrap=Wmin/Wmax. (3.234)
S SC
t
ti
tf
tcos
∆tmax
∆tmin
te
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
108
Se determin� m�rimile NTC (QXP�UXO�GH�unit� i termice) pentru cele doi agen i termici din rela iile:
g
batg
gW
SKNTC
⋅= úL�
apa
batg
apaW
SKN
⋅=TC . (3.235)
Se identific� NTCmin si NTCmax úi în continuare, pe baza diagramelor de tipul 0�� = f (NTCmax , Wmin/Wmax , schema de curgere - curent încruciúat) se poate determina
coeficientul de reducere 0�. Într-un calcul numeric, în func ie de valorile relative ale W úi NTC se aplic� urm�toarele rela ii:
• Dac� Wmax = Wapa ; Wmin = Wg :
eB max
minmax
W
WNTC
⋅−
−=1 �úL�
⋅−
−= min
max
W
WB
e 1ε (3.236) • Daca Wmax = Wg; Wmin = Wapa :
( ) eB maxNTC−−=1 ��úL��
−⋅=
⋅−
max
min
W
WB
min
max eW
W1ε (3.237)
Cu valoarea 0 calculat�� se determin�� VXSUDID D� GH� WUDQVIHU� GH� F�OGXU�� D�convecWLYXOXL�OXkQG�FD�VXSUDID ��GH�FRQWURO�VXSUDID D�de pe partea apei:
mccapa
capa
tK
QS
∆ε ⋅⋅= (3.238)
Deorace s-a ales suprafa a de control interiorul evilor (suprafa a pe partea apei),
coeficientul global de transfer de c�ldur� va fi:
Km
W
S
S
K
apa
g
gapa
apa
⋅
⋅++
=∑
2111
αλδ
α (3.239)
6XSUDID D�GH�VFKLPE�GH�F�OGU��QHFHVDU��SH�SDUWHD�DSHL�VH�SRDWH�determina�úL�FX�UHOD LD�
3. CALCULUL�7(50,&�$/�&$=$1(/25�'(�$3��&$/'��6$8�),(5%,17(
109
( ) [ ]2 mNTC
tt
K
QS
apa
ie
apa
capa
−⋅= (3.240)
Lungimea necesar� de eav��nervurat� va fi:
[ ]m d
SL
i
apa
teava ⋅=
π (3.241)
úL�QXP�UXO�GH�UkQGXUL�GH� HYL�vQ�GLUHF LD�FXUJHULL�gazelor de ardere:
1Na
LN teava
rand ⋅= (3.242)
FDUH�VH�URWXQMHúWH�OD�YDORDUHD�vQWUHDJ��VXSHULRDU��
Dac� se alege ca suprafa � de control exteriorul evilor (suprafa a extins�, pe partea gazelor de ardere), pentru care s-a calculat coeficientul global de transfer de c�ldur� Kg :
( ) [ ]2cos mNTC
tt
K
QS
g
f
g
cg
−⋅= (3.243)
iar lungimea necesara de eav� nervurat� va fi:
[ ]mPS
SL nerv
g
g
teava * ⋅= (3.244)
úi num�rul de rânduri de evi în direc ia curgerii gazelor de ardere:
1Na
LN teava
rand ⋅= (3.245)
care se rotunjeúte la valoarea întreag� superioar�.
'HVLJXU��DPEHOH�VLVWHPH�GH�FDOFXO�VXQW�HFKLYDOHQWH��GHFL��FX�RULFH�VXSUDID ��GH�FRQWURO�VH�OXFUHD]���QXP�UXO�GH�UkQGXUL�GH� HYL�UH]XOWDWH�GLQ�FDOFXOXO�ILQDO�HVWH�DFHODúL�
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
110
3.6. Calculul termic al cazanelor acvatubulare�YHUWLFDOH�FX�IDVFLFRO�GH� HYL�úL� ����DU]�WRU�DWPRVIHULF�SHQWUX�FRPEXVWLELO�JD]RV� 3.6.���'HVFULHUHD�FD]DQHORU��HOHPHQWH�FRPSRQHQWH��PRG�GH�IXQF LRQDUH� Cazanele sunt dH�WLS�YHUWLFDO��FX�IRFDUXO�DPSODVDW�vQ�SDUWHD�GH�MRV�úL�GHVYROWDUHD�IO�F�ULL� SH� YHUWLFDO��� $YDQWDMXO� DFHVWRU� FD]DQH� HVWH� F�� RFXS�� R� VXSUDID �� PLF�� vQ�FHQWUDOD� WHUPLF���(OH�SRW�IL� IRORVLWH�GUHSW�FD]DQH�GH� vQF�O]LUH�SHQWUX�R�FDV��FX�SX LQH�apartamente (sarciQD� WHUPLF�� XWLO�� ��� – 80 kW) sau drept cazane separate pentru SURGXFHUH�GH�DS��FDOG��GH�FRQVXP�vQWU-R�FHQWUDO��PDL�PDUH���SkQ��OD�����N:���$VWIHO�GH�FD]DQH�VH�DPSODVHD]��vQ�FHQWUDOD�WHUPLF�� Din punct de vedere constructiv, deasupra focarului, în cotinuarH� SH� DFHODúL�FDQDO�� VH� J�VHúWH� GUXPXO� FRQYHFWLY� UHDOL]DW� VXE� IRUPD� XQXL� IDVFLFRO� GH� HYL� QHWHGH��'HDVXSUD�FRQYHFWLYXOXL�JD]HOH�GH�DUGHUH�VXQW�FROHFWDWH�úL�HYDFXDWH�OD�FRú� Principalele elemente componente ale cazanului sunt prezentate în figura 1
Fig. 3.15. Schema unui cazan acvatubular vertical cu fascicol�GH� HYL�úL�DU]�WRU� autoaspirant pentru combustibil gazos
��� HYL�orizontale convective�����IRFDU�����DU]�WRDUH�DXWRDVSLUDQWH�����LQWUDUH�LHúLUH�aS��FDOG��vQF�O]LUH; 5. pieV��GH�HYDFXUH�D�JD]HORU�GH�DUGHUH��FX�UXSHUH�GH�SUHVLXQH�
&D]DQHOH� VXQW� GHVWLQDWH� SURGXFHULL� GH� DS�� FDOG� te/ti = 90/70 oC pentru vQF�O]LUH� Uneori, pentru puteri relativ mici�� vQ� DFHLDúL� FDUFDV�� FX� FD]DQXO� VH�DPSODVHD]�� SRPSD�GH�FLUFXOD LH� D� DJHQWXOXL� WHUPLF��YDVXO�GH�H[SDQVLXQH� vQFKLV�úL�XQ�VFKLPE�WRU� GH� F�OGXU�� FX� SO�FL� SHQWUX� Sroducerea apei calde de consum. Pentru RE LQHUHD� XQHL� VROX LL� LHIWLQH� VH� DGRSW�� VLVWHPXO� GH� DUGHUH� FX� DU]�WRU autoaspirant (”atmosferic”)� ��6XE�DFHDVW��GHQXPLUH�VH� vQ HOHJH�DU]�WRUXO�pentru combustibil gazos cu aer primar de ardere DXWRDVSLUDW� SULQ� HMHF LH��'HRDUFHFH�SULQ� HMHF LH� QX� VH�SRDWH�
'HWDOLX�GH�DúH]DUH�D� HYLORU�vQ�HúLFKLHU
s1
s2
1
2
3
4
5
3. CALCULUL�7(50,&�$/�&$=$1(/25�'(�$3��&$/'��6$8�),(5%,17(
111
aspira mai mult de 4 ori volumul de gaz combustibil, restul aerului de ardere se introduce ca aer secundar aspirat din mediul ambiant prin depresiuneD� UHDOL]DW� în camera de ardere. Pentru un exces de aer uzual, pentru acest tip de cazane, .�= 1,4 UH]XOW�� F�� WUHEXLH� DVSLUDW� FD� DHU� VHFXQGDU� XQ� YROXP� GH� FFD�� ��� RUL� YROXPXO� GH� JD]�combustibil. $FHVW� VLVWHP� GH� IXQF LRQDUH� LPSXQH� H[LVWHQ D� unei depresiuni suficiente în focar pentru absorE La de aer de ardere�� 'HSUHVLXQHD� VH� FUHLD]�� SULQ� autotirajul drumului de gaze� DO� FD]DQXOXL� úL� SULQ� FRúXO� OD� FDUH� HVWH� UDFRUGDW��8QHRUL� WLUDMXO� HVWH�DFWLYDW�GH�XQ�H[KDXVWRU�GDF��vQ�O LPHD�FRúXOXL�QX�HVWH�VXIicient de mare. Este de aceia QHFHVDU� V�� VH� IDF�� XQ�FDOFXO�JD]RGLQDPLF� ULJXURV�DO� FD]DQXOXL�SHQWUX� WRDWH�FRQGL LLOH�posibile de fuQF LRQDUH� $U]�WRUXO�HVWH�IRUPDW�GLQWU-XQ�JUXS�GH�HOHPHQWH�GH�DU]�WRU�DWPRVIHULF��DVIHO�F���Y�]XW��GH�VXV��IODF�UD�DSDUH�FD�XQ�FRYRU�GH�PLFL�IO�F�UL�LQGLYLGXDOH�FDUH�VH�XQHVF�vQWU-o ]RQ��GH�DUGHUH�FRPXQ���FX�VXSUDID D�HJDO��SUDFWLF�FX�VHF LXQHD�FDPHUHL�GH�DUGHUH� 3HQWUX� D� UH]LVWD� WHPSHUDWXULORU� vQDOWH� GLQ� FDPHUD� GH� DUGHUH� úL� SHQWUX� D� SUHOXD�F�OGXU��XWLO��SULQ�UDGLD LH�SHUH LL�IRFDUXOXL�VXQW�VXE�IRUP��GH�FKHVRQ��U�FLW�FX�DSD�GLQ�FLUFXLWXO�GH�vQF�O]LUH� ÌQ� FRQWLQXDUHD� FDPHUHL� GH� DUGHUH� SH� YHUWLFDO�� VH� J�VHúWH� IDVFLFROXO� GH� HYL�netede care are rolul de sistem convectiv al cazanului. În acest convectiv, gazele de DUGHUH� FHGHD]�� DSHL� F�OGXUD� vQ� LQWHUYDOXO� GH� WHPSHUDWXUL� GH� OD� WHPSHUDWXUD� FDS�WXOXL�camerei de ardere tf la temperatura de la evacuare tFRú� �� �HYLOH� FDUH� DOF�WXLHVF�VLVWHPXO�FRQYHFWLY�VXQW� HYL�RELúQXLWH�GH�R HO�FX�GLDPHWUXO�H[WHULRU����÷ 42 mm. 3DVXO�GH�DúH]DUH�D� HYilor în fascicol este:
• pasul perpendicular pe curgerea gazelor de ardere s1 = ( 1,4 ÷ 2 ) · d
• SDVXO�SH�GLUHF LD�GH�FXUJHUH�D�JD]HORU�GH�DUGHUH��s2 = ( 1,2 ÷ 1,6 ) · d SDúLL�VH�DOHJ�DVWIHO�FD�JURVLPHD�PLQLP��GH�PHWDO�vQWUH�GRX�� HYL�V��ILH����÷ 10 mm Apa� FDOG�� GH� vQF�O]LUH�� GH� OD� UHWXUXO� LQVWDOD LHL�� LQWU�� SH� lD� FDS�WXO� LQIHULRU� DO�FD]DQXOXL�úL�GXS��FH�DFHDVWD�SUHLD�F�OGXUD�XWLO��GH�OD�IODF�U��úL�GH�OD�JD]HOH�GH�DUGHUH HVWH�FROHFWDW��OD�SDUWHD�VXSHULRDU��D�FD]DQXOXL�úL�WULPLV��OD�FRQVXPDWRUL�� Cazanul esWH� L]RODW� WHUPLF� FX� YDW�� PLQHUDO�� úL� SURWHMDW� OD� H[WHULRU� FX� WDEO��VXE LUH��6H�RE LQH�DVWIHO�XQ�FD]DQ�PRQREORF��FX�GLPHQVLXQL�UHGXVH�vQ�UDSRUW�FX�VDUFLQD�WHUPLF��SURGXV��� 3.6.2. Tema de proiectare
Prin tema de proiectare se dau : - Q – sarcina termic��D�FD]DQXOXL��vQ�N:�� - te / ti –�WHPSHUDWXUD�DSHL�OD�LHúLUH�úL�LQWUDUH�vQ�FD]DQ���������0C sau 80/60 0C); - QDWXUD�úL�FRPSR]L LD�FRPEXVWLELOXOXL��JD]�QDWXUDO�VDX�G.P.L.) .
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
112
Aceste cazane, cu depresiune în focar, au coeficientul de exces de aer relativ mare GDWRULW�� VLVWHPXOXL� DXWRDVSLUDQW� FDUH� QX� DVLJXU�� R� EXQ�� RPRJHQHL]DUH� D�combustibilului cu aerul:
α = 1,6 ÷ 1,8.
&RQIRUP� LQGLFD LLORU� GLQ� FDSLWROXO� �� VH� HIHFWXHD]�� FDOFXOXO� DUGHULL�FRPEXVWLELOXOXL� úL�VH�GHWHUPLQ�� ��VO, Vgo, Hi, OH2
p , 2ROp ��VH� WUDVHD]��GLDJUDPD�I – t
sau cp – t .
3.6.���&DOFXOXO�UDQGDPHQWXOXL�WHUPLF�DO�FD]DQXOXL�úL�D�GHELWXOXL�GH�FRPEXVWLELO� $FHVWH� FD]DQH� IXQF LRQHD]�� GH� UHJXO�� FX� FRPEXVWLELO� JD]RV� �JD]� QDWXUDO� VDX�G.P.L.) deci pierderile specifice mecanice (qmec�� úL� FHOH� SULQ� HYDFXDUHD� SURGXVHORU�solide din cazan (qcen) sunt nule. De asemenea consumul de combustibil B* = B . Se determin��SLHUGHULOH�VSHFLILFH�GH�F�OGXU��� a). 3ULQ�HYDFXDUHD�JD]HORU�GH�DUGHUH�SH�FRú��TFRú) :
)II(H
q aocos
i
cos ⋅−= α1 (3.246)
6H�DGPLWH��LPSXQH��R�WHPSHUDWXU��DSUR[LPDWLY��D�JD]HORU�GH�DUGHUH�OD�FRú�� C)(
ttt oei
cos 80602
÷++
= (3.247)
úL�GLQ�GLDJUDPD�,�–�W�VH�GHWHUPLQ��IFRú . Pentru temperatura aerului (ta ≅ 20 0&�� VH� FDOFXOHD]�� HQWDOSLD� DHUXOXL� WHRretic necesar arderii :
apaoa tcVI ⋅⋅=0 (3.248)
cu cpa = 1,297 kJ/ Km3N �F�OGXUD�VSHFLILF��D�DHUXOXL�OD���oC .
b). PULQ�DUGHUH�LQFRPSOHW��GH�QDWXU��FKLPLF��(qch) : 3HQWUX�DU]�WRDUH�autoaspirante cu omogeneizare de calitate medie:
qch = 0,005 c). 3ULQ�SHUH Li exteriori ai cazanului (qext) : Pentru cazane mici, foarte compacte, cu putere sub 80 kW, bine izolate, în faza de proiectare se poate adopta o valoare:
qext = 0,005÷0,008.
3. CALCULUL�7(50,&�$/�&$=$1(/25�'(�$3��&$/'��6$8�),(5%,17(
113
Randamentul cazanului se calculHD]��FX�UHOD LD�� )qqq( extchcos ++−= 1η �úL� ηη ⋅= 100% (%) (3.249)
Debitul de combustibil va fi:
iH
QB
⋅=
η ( s/m3N ) (3.250)
3.6.���%LODQ XO�GH�DQVDPEOX�DO�FD]DQXOXL )OX[XO�GH�F�OGXU��XWLO�DO�FD]anului este : Q ;
)OX[XO�GH�F�OGXU��DGXV�GH�FRPEXVWLELO��� Qcomb = B ⋅ Hi ;
)X[XO�GH�F�OGXU��DGXV�GH�DHUXO�GH�DUGHUH��� Qa = B ⋅ α ⋅cpa ⋅ ta ;
)X[XO�GH�F�OGXU��SLHUGXW�OD�FRú��� QFRú = B ⋅ IFRú ; )X[XO�GH�F�OGXU��SLHUGXW�SULQ�DUGHUH�LQFRPSOHW�: Qinc = qch ⋅ B ⋅ Hi .
5H]XOW��WDEHOXO�GH�ELODQ ��
Fluxuri introduse – pierderi
Fluxuri utile
Qcomb
Qa
- QFRú - Qinc
- Qext
Q
∑ = 'QQ ''QQ∑ =
(URDUHD�UHODWLY���GH�vQFLGHUH�D�ELODQ XOXL: %
'Q
"Q'Q1100 <⋅
−=ε (3.251)
'LQ� WDEHOXO� �� VH� SRDWH� VFULH� VXE� IRUP�� H[SOLFLW�� SLHUGHUHD� GH� F�OGXU�� OD�evacuare a gazelor:
–Qev = –qFRú· B· Hi = –B· IFRú�+ B· α· Vo· cpa· ta = – QFRú + Qa .
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
114
3.6.���&DOFXOXO�WHPSHUDWXULORU�úL�HQWDOSLLORU�JD]HORU�GH�DUGHUH�SH�WUDVHX� Entalpia WHRUHWLF��D�JD]HORU�GH�DUGHUH�VH�FDOFXOHD]��FX�UHOD LD�� apachit tcV)q(HI 01 α+−= (3.252)
Din digrama I –�W�VH�GHWHUPLQ��WHPSHUDWXUD�WHRUHWLF��GH�DUGHUH��� ),I(ft t α= . 6H�LPSXQH��DOHJH��WHPSHUDWXUD�OD�LHúLrea gazelor de ardere din focar:
tf = 600 ÷ 800 oC.
9DORULOH� DFHVWHD� VXQW� VSHFLILFH� FD]DQHORU� FX� IRFDUH� IRDUWH� U�FLWH�� /D� DFHVWH�FD]DQH� VXSUDID D� GH� UDGLD LH� vQ� IRFDU� HVWH� VXSUDID D� SHUH LORU� ODWHUDOL� DL� IRFDUXOXL� úL�VHF LXQHD� VXSHULRDU�� D� FDPHUHL� GH� DUGHUH� XQGH� SDUWHD� LQIHULRDU�� D� IDVcicolului FRQYHFWLY�SULPHúWH�F�OGXU��úL�SULQ�UDGLD LH��
Din diagrama I –�W��VH�GHWHUPLQ��HQWDOSLD�JD]HORU�GH�DUGHUH�OD�LHúLUHD�GLQ�IRFDU:
),I(ft ttα= .
)OX[XO�GH�F�OGXU��SUHOXDW�SULQ�UDGLD LH�vQ�IRFDU�YD�IL���
)II(B)q(Q ftextR −−= 1 (kW) (3.253)
)OX[XO�GH�F�OGXU��SUHOXDW�GH�VLVWHPXO��FRQYHFWLY�YD�IL���
,QQQ Rc −= (3.254)
Entalpia gazelor de ardere la sfkUúLWXO�GUXPXOXL�FRQYHFWLY�HVWH:
B)q(
QII
ext
cfc −
−=1
(3.255)
úL�GLQ�GLDJUDPD�,�–�W�UH]XOW��WHPSHUDWXUa : ),I(ft cc α= .
ÌQFKLGHUHD�ELODQ XOXL�LPSXQH���Ic ≅ IFRú�úL�tc ≅ tFRú��úL�VH�DGPLW�HURULOH�UHODWLYH��
100cost
ccos
III
II
−−
=ε � 0,5%
100cost
ccos
ttt
tt
−−
=ε � 0,5%
3. CALCULUL�7(50,&�$/�&$=$1(/25�'(�$3��&$/'��6$8�),(5%,17(
115
3.6.���%LODQ XO�JUDILF�DO�FD]DQXOXL�
'HELWHOH�GH�F�OGXU��QR, Qc,Qcomb,Qa�úL� IOX[XULOH�SLHUGXWH�QFRú, Qinc, Qext
VH�WUDQVSXQ�JUDILF�DO�VFDU���FD�vQ�ILJXUD������FX�B* = B; Qpa = 0; Qsfc = 0; Qsi =
0; Qec = 0; qmec = 0 úL� qcen = 0) .
3.6.7. Calculul termic al focarului
)RFDUXO�GH�WLS�FDPHU��DUH�XUP�WRDUHOH�GLmensiuni conform fig. 3.16.
Fig. 3.16. Dimensiunile focarului $FHVW�FDOFXO�DUH�FD�VFRS�GHWHUPLQDUHD�VXSUDIH HL�GH�UDGLD LH�6R�FDSDELO��V��SUHLD�GHELWXO� GH� F�OGXU�� UDGLDQW� 4R. Deoarece în calcul intervine gradul de ecranare
=
per
R
S
SΨ úL�OXQJLPHD�GH�UDGLD LH�este necesar un calcul interativ.
,QL LDO�VH�DGPLWH�R�YDORDUH�RULHQWDWLY�� �S′R FDUH�YD�IL�FRPSDUDW�� �FX�FHD�ILQDO��SR.
S′R poatH�IL�DSUHFLDW��SULQ�GRX��PHWRGH: a) Se admite un flux unitar radiant qR =30 ÷ 50 kW/m2
R
RR
q
Q'S = (m2) (3.256)
sau b) 6H�FDOFXOHD]��VXSUDID D�SUHOLPLQDU��GH�UDGLD LH�vQ�IRFDU�FX�UHOD LD���
−
=
44
1001007655 pf
R'
R
TT,
QS
ε (m2) (3.257)
A
h
a
6HF LXQH��A - A
a a
A
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
116
cu ε = 0,65 pentru combustibil gazos
Tf = tf + 273 (0K)
Tp = tma + 20 + 273 (0K) 2
eima
ttt
+=
XQGH� SHQWUX� WHPSHUDWXUD� SHUHWHOXL� HYLL� V-D� DGPLV� R� WHPSHUDWXU�� FX� ��� 0C mai mare decât temperatura fluidului interior . 6H�DOHJH�R�VHF LXQH�S�WUDW��GH�IRFDU�FX�ODWXUD���a.
ÌQ�O LPHD�IRFDUXOXL se alege în domeniul:
251 ÷== ,a
h χ (3.258)
&RPSRQHQWHOH�VXSUDIH HL�GH�UDGLD LH�YRU�IL�
- VXSUDID D�SHUH LORU�ODWHUDOL: χ⋅⋅=⋅⋅= 244 ahaS latR (3.259)
- VXSUDID D�WDYDQXOXL�XQGH�IDVFLFROXO�GH� HYL�SUHLD�F�OGXUD�úL�SULQ�UDGLD LH: aaS tavR ⋅= (3.260)
- sXSUDID D�WRWDO��GH�UDGLD LH:
S’R = SRlat + SRtav. (3.261)
5H]XOW��ODWXUD�úL�vQ�O LPHD�IRFDUXOXL�
14 +=
χ
'
RSa [m]���úL�� ah ⋅= χ [m] (3.262)
úL�VH�URWXQMHVF�YDORULOH�OD�XQ�QXP�U�vQWUHJ�GH�FP� CALCULUL EXACT AL FOCARULUI
6XSUDID D�SHUH LORU�IRFDUXOXL�HVWH��
224 aahS per += (m2) (3.263)
6XSUDID D�GH�UDGLD LH�HVWH��
24' aahS R += (m2) (3.264)
3. CALCULUL�7(50,&�$/�&$=$1(/25�'(�$3��&$/'��6$8�),(5%,17(
117
Volumul focarului este:
2ahV f ⋅= (m3) (3.265)
Grosimea stratului radiant de gaze este :
per
f
S
Vs ⋅= 4 (m) (3.266)
6H�FDOFXOHD]��FDUDFWHULVWLFD�UDGLDQW��D�JD]HORU�GH�DUGHUH�GLQ�IRFDU�� )pp(
T,
s)pp(
p,,kg ROOH
f
ROOH
OH
22
22
2
10003801
6180+
−
+
+= (3.267)
6H�FDOFXOHD]��FRHILFLHQWXO�GH�DEVRUE LH�DO�JD]HORU�GH�DUGHUH�GLQ�IRFDU��
sk
ggea
⋅−−= 1 (3.268)
&DUDFWHULVWLFD�UDGLDQW��D�IO�F�ULL�VH�FDOFXOHD]��FX�UHOD LD�DSUR[LPDWLY��� 5,0
10006,1 −= f
fl
Tk (3.269)
úL�FRHILFLHQWXO�GH�DEVRUE LH�DO�IO�F�ULL�FX�UHOD LD��
sk
flglea
−−= 1 (3.270)
3RQGHUHD�DEVRUE LHL�IO�F�ULL�FX�FHD�D�PHGLXOXL�UDGLDQW�GH�JD]H�GH�DUGHUH�VH�IDFH�GXS��FULWHULL�experimentale, considerând o pondere β�D�S�U LL�OXPLQRDVH�D�IO�F�ULL�
&RHILFLHQWXO�GH�DEVRUE LH�DO�IO�F�ULL�úL�JD]HORU�GH�DUGHUH�YD�IL�� gfl aaa )1( ββ −+⋅= (3.271)
cu β� ������SHQWUX�IODF�U��QHOXPLQRDV��GH�FRPEXVWLELO�JD]RV� Gradul de ecranare al focarului este :
per
'
R
S
S=Ψ (3.272)
iar�JUDGXO�GH�PXUG�ULUH�D�VXSUDIH HORU�� ξ = 0,7 ÷ 0,9 (pentru combustibil gazos)
Cu acHVWH�YDORUL�VH�FDOFXOHD]��FDUDFWHULVWLFD�UDGLDQW��D�IRFDUXOXL��
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
118
ξΨ)a(a
a,a f −+
⋅=
1
820 (3.273)
2�DOW��FDUDFWHULVWLF��D�IRFDUXOXL�HVWH�IDFWRUXO�GH�SR]L LH�D�IO�F�ULL�vQ�IRFDU��
f
*
MMH
bbaM −= (3.274)
unde pentru combustibil lichid� VDX� JD]RV� úL� SHQWUX� IRFDUH� YHUWLFDOH� FX� IODF�U�� SH�VXSUDID D�LQIHULRDU�� cu : aM=0,52; bM=0,3; b*/H = 0,2 –�vQ�O LPHD�UHODWLY��D�IO�F�ULL� &X�DFHVWH�GDWH�VH�GHWHUPLQ��VXSUDID D�GH�UDGLD LH�D�IRFDUXOXL��
32
2
38
11
10765,5 MT
T
TTaM
QS
f
t
tff
RR
−
⋅= − ξ (m2) (3.275)
AceDVW�� VXSUDID �� YD� IL� GLIHULW�� GH� '
RS � GHWHUPLQDW�� vQ� FDOFXOXO� DSUR[LPDWLY��'DF�� GLIHUHQ D� HVWH� PDL� PDUH� GH� ±10% se reia calculul cu valori modificate ale geometriei. 3.6.8. Calculul termic al drumului convectiv
�HYLOH� VXQW� GLVSXVH� vQ� HúLFKLHU� FRQIRUP� VFKL HL� JHQHUDOH� D� FD]DQXOXL� GLQ�fig.3.15.
)LJ�������'HWDOLX�GH�DúH]DUH�D� HYLORU�vQ�HúLFKHU 'UXPXO� FRQYHFWLY� HVWH� GHWHUPLQDW� GLQ� FDOFXOHOH� DQWHULRDUH� SULQ� XUP�WRULL�parametrii :
s1
s2
N1 HYL�SH�XQ�UkQG
'LUHF LH�GH�GHSODVDUH�D�gazelor de ardere
3. CALCULUL�7(50,&�$/�&$=$1(/25�'(�$3��&$/'��6$8�),(5%,17(
119
Qc –�GHELWXO�GH�F�OGXU��FHGDW�GH�JD]HOH�GH�DUGHUH���N:��� tf – temperatura gazelor de ardere la intrare în sistemul convectiv (0C) ;
tFRú –�WHPSHUDWXUD�JD]HORU�GH�DUGHUH�OD�LHúLUHD�GLQ�sistemul convectiv�OD�FRú�� te/ti – temperatura apei (0C) .
3HQWUX� VWDELOLUHD� VHF Lunii de trecere a gazelor de ardere se alege diametrul HYLORU�GUXPXULORU�FRQYHFWLYH�GLQ�JDPD�GH� HYL�X]XDOH�SHQWUX�FD]DQHOH�GH�DS��FDOG���
φ 24 × 3 φ 28 × 3 φ 32 × 3 φ 42 x 3 6H�DOHJH�SDVXO�UHODWLY�GH�DúH]DUH�WUDQVYHUVDO��D� HYLORU��
• pasul perpendicular pe curgerea gazelor de ardere s1 = ( 1,4 ÷ 2 ) · d
• SDVXO�SH�GLUHF LD�GH�FXUJHUH�D�JD]HORU�GH�DUGHUH��s2 = ( 1,2 ÷ 1,6 ) · d SDúLL�VH�DOHJ�DVWIHO�FD�JURVLPHD�PLQLP��GH�PHWDO�GH�SODF��WXEXODU���vQWUH�GRX�� HYL,�V��fie 8 ÷ 10 mm 6H�FDOFXOHD]���QXP�UXO�GH� HYL�SH�XQ�UkQG� N1:
sss
sNa ++⋅=21
11 �úL����1
1
12s
ss
a
Ns−−
= (3.276)
DSRL�VH�URWXQMHúWH�SDVXO�s1 al HYLORU�DVIHO�vQFkW�QXP�UXO��N1�V��ILH�vQWUHJ� 5H]XOW��R�DúH]DUH�SH�SULPD�OLQLH�D� HYLORU�FRQIRUP�ILJXULL��3.18.
Fig. 3.18���$úH]DUHD� HYLORU�vQ�IDVFLFRO
s1/ 2
s1 ss
a
N1 HYL
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
120
6H�FDOFXOHD]��DSRL�VHF LXQHD�OLEHU��GH�WUHFHUH�D�JD]HORU�GH�DUGHUH�vQ�LSRWH]a�F��VHF LXQHD�EUXW��D�IRFDUXOXL�U�PkQH�QHVFKLPEDW��úL�vQ�GUXPXO�FRQYHFWLY���a × a) :
−=
−=
1
2
1
12 1s
da
s
dsaScirc (m2) (3.277)
unde termenul
−
1
1
s
ds � UHSUH]LQW�� UHGXFHUHD� VHF LXQLL de trecere� GDWRULW�� HYLORU�convective. Debitul de gaze ce trece prin convectiv este :
273
273+⋅= gm
gg
tVBD (Nm3/s) (3.278)
unde tgm este temperatura medie a gazelor de ardere :
2
cosf
gm
ttt
+= (0C) (3.279)
5H]XOW��YLWH]D�JD]HORU�GH�DUGHUH��
circ
g
S
DW = (m/s) (3.280)
Pentru temperatura media a gazelor de ardere tgm se GHWHUPLQ�� GLQ� DQH[D� ���XUP�WRDUHOH�YDORUL�
- YkVFR]LWDWHD�FLQHPDWLF� ν (m2/s)
- FRQGXFWLELOLWDWHD�WHUPLF�� λ (W/mK)
- criteriul Prandtl Pr
6H� DOHJH�SDVXO� vQ�GLUHF LD� FXUJHULL�JD]HORU�GH�DUGHUH�s2 = ( 1,2 ÷ 1,6 )· d. Se
FDOFXOHD]�� FRHILFLHQWXO� GH� VFKLPE�GH� F�OGXU�� �αc) pentru curgerea gazelor de ardere transversal pe un fasciFXO�GH� HYL�DúH]DWH�vQ�HúLFKLHU��
ÌQ�DFHVW�FD]�OXQJLPHD�FDUDFWHULVWLF��YD�IL�GLDPHWUXO�H[WHULRU�DO� HYLL��d . Criteriul hidrodinamic este:
νdw
Re⋅
= (3.281)
Pentru 10 < Re < 106� úL� ������Pr < 10, curgerea fluidelor transversal pe un IDVFLFRO�GH� HYL�vQ�HúLFKLHU��
3. CALCULUL�7(50,&�$/�&$=$1(/25�'(�$3��&$/'��6$8�),(5%,17(
121
s
,,cPrRe,Nu
40601570 ⋅= (3.282) unde cs�HVWH�R�FRUHF LH�SHQWUX�SDVXO� HYLORU� cs = 1 + 0,1· (s1/d) pentru (s1/d) < 3
cs = 1,3 pentru (s1/d) > 3
5H]XO��c
cl
Nuλα = . (3.283)
&RHILFLHQWXO�GH�VFKLPE�GH�F�OGXU��SULQ�UDGLD LH�HVWH�GHWHUPLQDW�GH�SDUDPHWULL���
OHp2
, 2ROp úL� s - grosimea stratului radiant :
ed,d
s
d
s,s
−
+= 14871 21
(m) (3.284)
&RQVWDQWD�GH�UDGLD LH�D�JD]HORU�HVWH��
( ) ( )22
22
2
10003801
6180ROOH
m
ROOH
OHpp
T,
spp
p,,kg +
−
+
+= (3.285)
Coeficientul de emisie al gazelor de ardere :
sk
ggea
⋅−−=1 (3.286)
&RHILFLHQWXO�GH�VFKLPE�GH�F�OGXU��SULQ�UDGLD LH�VH�FDOFXOHD]��FX�UHOD LD���
−
−
+⋅= −
m
p
,
m
p
mg
p
r
T
T
T
T
Taa
,
1
1
2
1107655
63
38α (W/m2K) (3.287)
unde pentru coeficientul GH� DEVRUE LH� DO� SHUHWHOXL� VH� LD� YDORDUHD�ap� ������ úL� SHQWUX�WHPSHUDWXUD�DEVROXW��D�SHUHWHOXL� HYLL�� 27320 ++= amp tT [K]
Coeficientul de transfer de�F�OGXU��HVWH�:
αi = αc + αr. (3.288)
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
122
&RHILFLHQWXO�JOREDO�GH�VFKLPE�GH�F�OGXU��HVWH��
i
ikεα
α+
=1
(3.289)
FX�YDORULOH�SHQWUX�FRHILFLHQWXO�GH�PXUG�ULUH�conform tabelului 3.9. 'LIHUHQ D� PHGLH� D�WHPSHUDWXULORU� VH� GHWHUPLQ�� FRQIRUP�UHOD LHL���
min
max
minmax
lnt
t
tttm
∆∆
∆−∆=∆ (3.290)
Fig. 3.19.�'LIHUHQ D�PHGLH�a temperaturilor ÌQ� ILQDO� VXSUDID D�GH�VFKLPE�GH�F�OGXU�� D�GUXPXOXL�FRQYHFWLY�VH�GHWHUPLQ�� FX�UHOD LD:
m
cc
tk
QS
∆= (m2) (3.291)
Determinarea geometriei drumului convectiv se face astfel :
- QXP�UXO�GH� HYL�SH�XQ�UkQG�11 (perpendiculDU�SH�GLUHF LD�JD]HORU�GH�DUGHUH��s-D�GHWHUPLQDW�LQL LDO�
- QXP�UXO�GH�UkQGXUL�GH� HYL�12��vQ�GLUHF LD�FXUJHULL�JD]HORU�GH�DUGHUH��UH]XOW��GLQ�UHOD LD��
adNNSc ⋅⋅⋅⋅= π21 => adN
SN c
⋅⋅⋅=
π12 (3.292)
�VH�URWXQMHúWH�OD�YDORDUHD�vQWUHDJ��VXSHULRDU���� 6H� UHPDUF�� IDSWXO� F�� V-D� QHJOLMDW� SUHOXDUHD� F�OGXULL� GH� F�WUH� SHUH LL� GH� WDEO��OLPLWDWRUL�DL�GUXPXOXL�FRQYHFWLY��'H�RELFHL�VH�FRQVLGHU��FD�UH]HUY��GH�VXSUDID ���VH�SRW�OXD�vQ�FDOFXO��FD]�vQ�FDUH�LQWU��vQ�FRPSRQHQ D�VXSUDIH HL�Sc .
S SC
t
tma
tf
tcos
∆tmax
∆tmin
3. CALCULUL�7(50,&�$/�&$=$1(/25�'(�$3��&$/'��6$8�),(5%,17(
123
&X� QXP�UXO� GH� UkQGXUL� GH� HYL� SH� YHUWLFDO�� VH� FDOFXOHD]�� OXQJLPHD� GUXPXOXL�convectiv:
22 sNLc ⋅= (3.293)
úL�VH�GHWHUPLQ��vQ�O LPHD�WRWDO��D�FD]DQXOXL�
3.7. Calculul termic al cazanelor ignitubulare verticale
�����FX�XQ�GUXP�úL�DU]�WRU�DWPRVferic pentru combustibil gazos 3.7.���'HVFULHUHD�FD]DQHORU��HOHPHQWH�FRPSRQHQWH��PRG�GH�IXQF LRQDUH� &D]DQHOH�VXQW�GH�WLS�YHUWLFDO��FX�IRFDUXO�DPSODVDW�vQ�SDUWHD�GH�MRV�úL�GHVYROWDUHD�IO�F�ULL� SH� YHUWLFDO��� $YDQWDMXO� DFHVWRU� FD]DQH� HVWH� F�� RFXS�� R� VXSUDID �� PLF�� vQ�FHQWUDOD� WHUPLF���(OH�SRW�IL� IRORVLWH�GUHSW�FD]DQH�GH� vQF�O]LUH�SHQWUX�R�FDV��FX�SX LQH�DSDUWDPHQWH��VDUFLQD�WHUPLF��XWLO�����– 30 kW) sau drept cazane pentru producere de DS��FDOG��GH�FRQVXP��'DF��VXQW�FD]DQH�SHQWUX�SURGXFHUH�GH�DS��FDOG��Ge consum se DPSODVHD]��vQ�EDLH�úL�XQHRUL�FDS�W��GHQXPLUHD�GH�ÄFD]DQ�GH�EDLH´� 'LQ� SXQFW� GH� YHGHUH� FRQVWUXFWLY�� GHDVXSUD� IRFDUXOXL�� vQ� FRWLQXDUH� SH� DFHODúL�FDQDO��VH�J�VHúWH�GUXPXO�FRQYHFWLY�UHDOL]DW�VXE�IRUPD�XQXL�IDVFLFRO�GH� HYL�QHWHGH�FDUH�VWU�EDW� XQ� FLOLQGUX� FX� YROXP�PDUH� GH� DS��� 'HDVXSUD� FRQYHFWLYXOXL� JD]HOH� GH� DUGHUH�VXQW�FROHFWDWH�úL�HYDFXDWH�OD�FRú� Principalele elemente componente ale cazanului sunt prezentate în figura 3.19.
Fig. 3.19. Schema unui cazan acvatubular vertical ignitubular FX�XQ�GUXP�úL�DU]�WRU�DWPRVIHULF�SHQWUX�FRPEXVWLELO�JD]RV
��� HYL�YHUWLFDOH��LJQLWXEXODUH��FRQYHFWLYH�����IRFDU�����DU]�WRDUH�DXWRDVSLUDQWH�����LQWUDUH�LHúLUH�aS��FDOG��vQF�O]LUH�����SLeV��GH�HYDFXUH�D�JD]HORU�GH�DUGHUH��FX�
rupere de presiune.
6(&�,81(��A - A
A A
1 2
3
4 1
4
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
124
3HQWUX� RE LQHUHD� XQHL� VROX LL� LHIWLQH� VH� DGRSW�� VLVWHPXO� GH� DUGHUH� FX� ´DU]�WRU�atmosferic”�� 6XE� DFHDVW�� GHQXPLUH� VH� vQ HOHJH� DU]�WRUXO� GH� JD]� QDWXUDO� FX� DHU�DXWRDVSLUDW� SULQ� HMHF LH��'HRDUFHFH� SULQ� HMHF LH� QX� VH� SRDWH� DVSLUD�PDL�PXOW� GH���RUL�volumul de gaz combustibil, restul aerului de ardere se introduce ca aer secundar aspirat prin depresiune în camera de ardere din mediul ambiant. Pentru un exces de DHU�X]XDO�GH��.� �����UH]XOW��F��WUHEXLH�DVSLUDW�FD�DHU�VHFXQGDU�XQ�YROXP�GH�FFD�����RUL�volumul de gaz combustibil. $FHVW� VLVWHP� GH� IXQF LRQDUH� LPSXQH� H[LVWHQ D� XQHL� GHSUHVLXQL� VXILFLHQWH� vQ�IRFDU� SHQWUX� R� DEVRE LH� GH� DHU�� 'HSUHVLXQHD� VH� FUHLD]�� SULQ� autotirajul drumului de gaze� DO� FD]DQXOXL� úL� SULQ� FRúXO� OD� FDUH� HVWH� UDFRUGDW�� 5H]LVWHQ HOH� KLdraulice ale WUDVHXOXL�GH�JD]H�GH�DUGHUH�VXQW�PLFL��IDVFLFRO�VFXUW�GH� HYL�úL�YLWH]H�PLFL�GH�FXUJHUH�D�JD]HORU��GH�DFHLD�QX�HVWH�QHFHVDU��DFWLYDUHD�WLUDMXOXL�FX�XQ�H[KDXVWRU��3HQWUX�UHGXFHUHD�WHPSHUDWXULL�JD]HORU�OD�FRú��GHRDUHFH�YLWH]HOH�GH�FXUJHUH�vQ� HYile convective sunt mici VH�SRW�LQWURGXFH�vQ�LQWHULRUXO� HYLORU�WXUEXOL]DWRUL�FDUH�LQWHQVLILF��WUDQVIHUXO�GH�F�OGXU��GH� SkQ�� OD� �� RUL�� (VWH� QHFHVDU� V�� VH� IDF�� XQ� FDOFXO� JD]RGLQDPLF� DO� FD]DQXOXL� SHQWUX�WRDWH�FRQGL LLOH�SRVLELOH�GH�IXQF LRQDUH� $U]�WRUXO�HVte format dintr-XQ�JUXS�GH�HOHPHQWH�GH�DU]�WRU�DWPRVIHULF��DVIHO�F���Y�]XW��GH�VXV��IODF�UD�DSDUH�FD�XQ�FRYRU�GH�PLFL�IO�F�UL�LQGLYLGXDOH�FDUH�VH�XQHVF�vQWU-o ]RQ��GH�DUGHUH�FRPXQ���FX�VXSUDID D�HJDO��SUDFWLF�FX�VHF LXQHD�FDPHUHL�GH�DUGHUH� Pentru a rezisWD�WHPSHUDWXULORU�vQDOWH�GLQ�FDPHUD�GH�DUGHUH�SHUH LL�IRFDUXOXL�VXQW�U�FL L�FX�DSD�GH�DOLPHQWDUH�D�FD]DQXOXL�� ÌQ� FRQWLQXDUHD� FDPHUHL� GH� DUGHUH� SH� YHUWLFDO�� VH� J�VHúWH� IDVFLFROXO� GH� HYL�QHWHGH��VWU�E�WXW� OD� LQWHULRU�GH�JD]HOH�GH�DUGHUH��FDUH�DUH�UROXO�GH sistem convectiv al FD]DQXOXL�� ÌQ� DFHVW� FRQYHFWLY�� JD]HOH�GH� DUGHUH� FHGHD]�� DSHL� F�OGXUD� vQ� LQWHUYDOXO�GH�WHPSHUDWXUL� GH� OD� WHPSHUDWXUD� FDS�WXOXL� FDPHUHL� GH� DUGHUH� � Wf la temperatura de evacuare tFRú����HYLOH�FDUH�DOF�WXLHVF�VLVWHPXO�FRQYHFWLY�VXQW� HYL�RELúQXLWH�GH�R HO�FX�diametrul interior 35 ÷����PP���HYLOH�VWDQGDUG�X]XDOH�VXQW:
φ 42 x 3 ; φ 48 x 3,5 ; φ 54 x 4. 3DVXO� GH� DúH]DUH� D� HYLORU� vQ� VHF LXQH� HVWH� DOHV� DVWIHO� FD� JURVLPHD�PLQLP�� GH�PHWDO�vQWUH�GRX�� HYL�V��ILH�����÷ 15 mm. 1XP�UXO�GH� HYL�VH�DOHJH�DVWIHO�FD�V��VH�RE LQ��R�DúH]DUH�XQLIRUP��D� HYLORU�SH�VHF LXQH��1XP�UXO�X]XDO�GH� HYL�HVWH�GDW�vQ�WDEHO�
N -�QXP�U�GH� HYL PRG�GH�DúH]DUH 3 triunghi echilateral 7 R� HDY��FHQWUDO��úL��� HYL�SH�XQ�KH[DJRQ 12 WUHL� HYL�SH�XQ�WULXQJKL�HFKLODWHUDO�FHQWUDO�úL��� HYL�SH�XQ�FHUF 19 ��KH[DJRDQH�FX�R� HDY��FHQWUDO����� HYL�SH�SULPXO�KH[DJRQ�úL�
��� HYL�SH�DO�GRLOHD�KH[DJRQ $SD� UHFH� LQWU�� OD� FDS�WXO� LQIHULRU� DO� FD]DQXOXL�� $SD� FDOG�� LHVH� SH� XQ� úWX � OD�SDUWHD�VXSHULRDU��D�FD]DQXOXL�úL�HVWH�WULPLV��OD�Fonsumatori .
3. CALCULUL�7(50,&�$/�&$=$1(/25�'(�$3��&$/'��6$8�),(5%,17(
125
&D]DQXO� HVWH� L]RODW� WHUPLF� FX� YDW�� PLQHUDO�� úL� SURWHMDW� OD� H[WHULRU� FX� WDEO��VXE LUH��6H�RE LQH�DVWIHO�XQ�FD]DQ�PRQREORF��FX�GLPHQVLXQL�UHGXVH�vQ�UDSRUW�FX�VDUFLQD�WHUPLF��SURGXV��úL�FX�R�UH]HUY��UHODWLY�PDUH�GH�DS��FDOG���� 3.7.2. Tema de proiectare
Prin tema de proiectare se dau : - Q –�VDUFLQD�WHUPLF��D�FD]DQXOXL��vQ�N:�� - te / ti –�WHPSHUDWXUD�DSHL�OD�LHúLUH�úL�LQWUDUH�vQ�FD]DQ�� - QDWXUD�úL�FRPSR]L LD�FRPEXVWLELOXOXL��JD]�QDWXUDO�VDX�G.P.L.) .
Aceste cazane, cu depresiune în focar, au coeficientul de exces de aer relativ PDUH� GDWRULW�� VLVWHPXOXL� DXWRDVSLUDQW� FDUH� QX� DVLJXU�� R� EXQ�� RPRJHQHL]DUH� D�combustibilului cu aerul:
α = 1,4 ÷ 1,8.
&RQIRUP� LQGLFD LLORU� GLQ� FDSLWROXO� �� VH� HIHFWXHD]�� FDOFXOXO� DUGHULL�FRPEXVWLELOXOXL�úL�VH�GHWHUPLQ����Vo, Vgo, Hi, OH2
p , 2ROp ��VH�WUDVHD]��GLDJUDPD�,�– t sau
cp – t . 3.7.���&DOFXOXO�UDQGDPHQWXOXL�WHUPLF�DO�FD]DQXOXL�úL�D�GHELWXOXL�GH�FRPEXVWLELO� $FHVWH� FD]DQH� IXQF LRQHD]�� GH� UHJXO�� FX� FRPEXVWLELO� JD]RV� �JD] natural sau G.P.L.) deci pierderile specifice mecanice (qmec�� úL� FHOH� SULQ� HYDFXDUHD� SURGXVHORU�solide din cazan (qcen) sunt nule. De asemenea B* = B . 6H�FDOFXOHD]��SLHUGHULOH�VSHFLILFH�GH�F�OGXU��� a). 3ULQ�HYDFXDUHD�JD]HORU�GH�DUGHUH�SH�FRú��TFRú) :
)II(H
qacos
i
cos 0
1 α−= (3.294)
6H�DGPLWH��LPSXQH��R�WHPSHUDWXU��DSUR[LPDWLY��D�JD]HORU�GH�DUGHUH�OD�FRú�� C)(
ttt ei
cos
080602
÷++
= (3.295)
úL�GLQ�GLDJUDPD�,�–�W�VH�GHWHUPLQ��IFRú . Pentru temperatura aerului (ta ≅ 20 0&�� VH� FDOFXOHD]� entalpia aerului teoretic necesar arderii :
apaoa tcVI ⋅⋅=0 (3.296)
cu cpa = 1,297 kJ/ Km3N �F�OGXUD�VSHFLILF��D�DHUXOXL�OD����0C .
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
126
b). PULQ�DUGHUH�LQFRPSOHW��GH�QDWXU��FKLPLF��(qch) : 3HQWUX�DU]�WRDUH�DWPRVIHULFH�FX�RPRJHQHL]DUH�GH�FDOLWDWH�VODE����
qch = 0,005 c). 3ULQ�SHUH L�H[WHULRUL�DL�FD]DQXOXL (qext) :
Pentru cazane mici, în faza de proiectare se poate adopta : qext = 0,005÷0,008.
Randamentul cazanului�VH�FDOFXOHD]��FX�UHOD LD�� )qqq( extchcos ++−= 1η �úL� ηη ⋅= 100% (%) (3.297)
Debitul de combustibil va fi :
iH
QB
η= ( s/m3
N ) (3.298)
3.7.���%LODQ XO�GH�DQVDPEOX�DO�FD]DQXOXL )OX[XO�GH�F�OGXU��XWLO�DO�FD]DQXOXL�HVWH���� Q ;
)OX[XO�GH�F�OGXU��DGXs de combustibil : Qcomb = B ⋅ Hi ;
)X[XO�GH�F�OGXU��DGXV�GH�DHUXO�GH�DUGHUH��� Qa = B ⋅ α ⋅cpa ⋅ ta ;
)X[XO�GH�F�OGXU��SLHUGXW�OD�FRú��� QFRú = B ⋅ IFRú ; )X[XO�GH�F�OGXU��SLHUGXW�SULQ�DUGHUH�LQFRPSOHW��� Qinc = qch ⋅ B ⋅ Hi .
5H]XOW��WDEHOXO�GH�ELODQ ��
Fluxuri introduse – pierderi
Fluxuri utile
Qcomb
Qa
- QFRú - Qinc
- Qext
Q
∑ = 'QQ ''QQ∑ =
(URDUHD�UHODWLY�����
3. CALCULUL�7(50,&�$/�&$=$1(/25�'(�$3��&$/'��6$8�),(5%,17(
127
%'Q
"Q'Q1100 <⋅
−=ε (3.299)
'LQ� WDEHOXO� �� VH� SRDWH� VFULH� VXE� IRUP�� H[SOLFLW�� SLHUGHUHD� GH� F�OGXU�� OD�evacuarea gazelor�GH�DUGHUH�OD�FRú�:
-Qev = –qFRú· B· Hi = -B· IFRú�+ B· α· Vo · cpa · ta = - QFRú + Qa . 3.7.���&DOFXOXO�WHPSHUDWXULORU�úL�HQWDOSLLORU�JD]HORU�GH�DUGHUH�SH�WUDVHX� (QWDOSLD�WHRUHWLF��D�JD]HORU�GH�DUGHUH�VH�FDOFXOHD]��FX�UHOD LD�� apachit tcV)q(HI 01 α+−= (3.300)
Din digrama I –�W�VH�GHWHUPLQ��WHPSHUDWXUD�WHRUHWLF��GH�DUGHUH��� ),I(ft t α= .
6H�LPSXQH��DOHJH��WHPSHUDWXUD�OD�LHúLUHD�JD]HORU�GH�DUGHUH�GLQ�IRFDU���Wf = 900 ÷ 1100 0C . Valorile acestea sunt specifice cazanelor cu focare mici� U�FLWH�� /D� DFHVWH�FD]DQH�VXSUDID D�GH�UDGLD LH�vQ�IRFDU�HVWH�VXSUDID D�ODWHUDO��úL�FHD�D�VHF LXQLL�VXSHULRDUH�D�FDPHUHL�GH�DUGHUH�XQGH�SDUWHD�LQIHULRDU��D�FRUSXOXL�FD]DQXOXL�FX�IDVFLFROXO�FRQYHFWLY�SULPHúWH�F�OGXU��úL�SULQ�UDGLD LH��
Din diagrama I –�W��VH�GHWHUPLQ��HQWDOSLD�JD]HORU�GH�DUGHUH�OD�LHúLUHD�GLQ�IRFDU���tt = f (It, α). )OX[XO�GH�F�OGXU��SUHOXDW�SULQ�UDGLD LH�vQ�IRFDU�YD�IL���
)II(B)q(Q ftextR −−= 1 (kW) (3.301)
)OX[XO�GH�F�OGXU��SUHOXDW�GH�VLVWHPXO��convectiv va fi :
,QQQ Rc −= (3.302)
(QWDOSLD�JD]HORU�GH�DUGHUH�OD�VIkUúLtul drumului convectiv este:
B)q(
QII
ext
cfc −
−=1
(3.303)
úL�GLQ�GLDJUDPD�,�–�W�UH]XOW��WHPSHUDWXUD���tc = f (Ic, α).
ÌQFKLGHUHD�ELODQ XOXL�LPSXQe : Ic ≅ IFRú�úL�tc ≅ tFRú��úL�VH�DGPLW�HURULOH�UHODWLYH�� 100
t
ccos
II
II −=ε � 0,5%
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
128
D h
100t
ccos
tt
tt −=ε � 0,5% (3.304)
3.7.���%LODQ XO�JUDILF�DO�FD]DQXOXL�
'HELWHOH�GH�F�OGXU��QR, Qc, Qa, Qcomb úL�IOX[XULOH�SLHUGXWH�QFRú, Qinc, Qext
se transpun JUDILF�DO�VFDU���FD�vQ�ILJXUD������FX�B* = B; Qpa = 0; Qsfc = 0; Qsi = 0;
Qec= 0; qmec� ���úL�qcen = 0) .
3.7.7. Calculul termic al focarului
)RFDUXO�GH�WLS�FDPHU��DUH�XUP�WRDUHOH�GLPHQVLXQL�FRQIRUP�ILJ��3.20.
f
Fig. 3.20. Dimensiunile focarului.
$FHVW� FDOFXO� DUH� FD� VFRS� GHWHUPLQDUHD� WHPSHUDWXULL� ILQDOH� D� IRFDUXOXL�� LQkQG�VHDPD�GH� IDSWXO� F�� VXSUDID D�HIHFWLY�� GH� UDGLD LH�SR� HVWH�VXSUDID D�VHF LXQLL�FRUSXOXL�cazanului�SOXV�VXSUDID D�ODWHUDO��D�IRFDUXOXL. Acest lucru este evLGHQW�GHRDUHFH�UDGLD LD�HPLV�� GH� IRFDU� VSUH� SDUWHD� VXSHULRDU�� D� FDPHUHL� GH� DUGHUH� HVWH� LQWHJUDO� DEVRUELW�� GH�SDUWHD�YL]LELO��D�FRUSXOXL�FD]DQXOXL�úL�VLVWHPXOXL�FRQYHFWLY��GHFL�GH�vQWUHDJD�VHF LXQH�D�canalului de gaze:
4
2D
hDS fR
⋅+⋅⋅=
ππ (m2) (3.305)
Gradul de ecranare
=
per
R
S
SΨ � DO� IRFDUXOXL� UH]XOW�� GLQ� UDSRUWXO� GLQWUH�
VXSUDID D�SHUH LORU�FDPHUHL�GH�DUGHUH�úL�VXSUDID D�HIHFWLY��GH�UDGLD LH��SR .
3. CALCULUL�7(50,&�$/�&$=$1(/25�'(�$3��&$/'��6$8�),(5%,17(
129
)RFDUXO� � DUH� IRUPD� JHRPHWULF�� FLOLQGULF�� FX� GLDPHWUXO�D� úL� vQ�O LPHD�hf din figura 3.20�� 3HQWUX� GHVYROWDUHD� FRPSOHW�� D� IO�F�ULL�� DVWIHO� FD� VIkUúLWXO� SURFHVXOXL� GH�DUGHUH�V��QX�GHS�úHDVF��vQ�O LPHD�IRFDUXOXL��VH�LD�vQ�O LPHD�IRFDUXOXL:
hf = 0,25÷0,35 m. 5H]XOW��XUP�WRDUHOH�GLPHQVLXQL�DOH�IRFDUXOXL�
- volumul focarului 4
2D
hV ff
π= (m
3)
-�VXSUDID D�SHUH LORU�� 4
22
DDhS fper
ππ += (m2)
-�VXSUDID D�HIHFWLY��GH�UDGLD LH�� 4
2D
DhS fR
ππ += (m2)
- gradul de ecranare per
R
S
S=Ψ
- grosimea stratului radiant : per
f
S
V,s 63= (m)
Se caOFXOHD]�� vQ� FRQWLQXDUH� FDUDFWHULVWLFD� UDGLDQW�� D� JD]HORU� GH� DUGHUH� � GLQ�focar:
)pp(T
,s)pp(
p,,k ROOH
f
ROOH
OH
g 22
22
2
10003801
6180+
−
+
+= (3.306)
6H�FDOFXOHD]��FRHILFLHQWXO�GH�DEVRUE LH�DO�JD]HORU�GH�DUGHUH�GLQ�IRFDU��
sk
ggea
⋅−−=1 (3.307)
6H�FDOFXOHD]��FDUDFWHULVWLFD�UDGLDQW��D�IO�F�ULL�FX�UHOD LD�DSUR[LPDWLY��� 50
100061 ,
T,k
f
fl −= (3.308)
úL�FRHILFLHQWXO�GH�DEVRUE LH�DO�IO�F�ULL�FX�UHOD LD��
sk
flflea
⋅−−= 1 (3.309)
3RQGHUHD�DEVRUE LHL�IO�F�ULL�FX�FHD�D�PHGLXOXL�UDGLDQW�GH�JD]H�GH�DUGHre se face
GXS��FULWHULL�experimentale, considerând o pondere β�D�S�U LL�OXPLQRDVH�D�IO�F�ULL� 3HQWUX�IO�F�UL��SX LQ�OXPLQRDVH�GH�FRPEXVWLELO�JD]RV se poate considera:
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
130
� = 0,2 &RHILFLHQWXO�GH�DEVRUE LH�DO�IO�F�ULORU�úL�JD]HORU�GH�DUGHUH�HVWH�GDW�GH�UHOD ia :
gfl aaa )1( ββ −+⋅= (3.310)
&RHILFLHQWXO�GH�PXUG�ULUH�D�VXSUDIH HORU�HVWH�� ξ=0,7 ÷ 0,9 , pentru combustibil gazos. &X�DFHVWH�YDORUL�VH�FDOFXOHD]��FDUDFWHULVWLFD�UDGLDQW��D�IRFDUXOXL�� ξΨ)a(a
a,a f −+
⋅=
1
820 (3.311)
2�DOW��FDUDFWHULVWLF��D�IRFDUXOXL�HVWH�IDFWRUXO�GH�SR]L LH�D�IO�F�ULL�vQ�IRFDU��
f
MMh
bbaM
*
−= (3.312)
XQGH� SHQWUX� FRPEXVWLELO� OLFKLG� VDX� JD]RV� úL� SHQWUX� IRFDUH� YHUWLFDOH� FX� IODF�U�� SH�VXSUDID D�LQIHULRDU�� cu : aM=0,54; bM=0,2; b*/hf = 0,2 –�vQ�O LPHD�UHODWLY��D�IO�F�ULL� &X�DFHVWH�GDWH�VH�GHWHUPLQ��WHPSHUDXUD�GH�OD�FDS�WXO�IRFDUXOXL:
( ) 11
6,03
+
⋅⋅−
⋅⋅⋅⋅=
pginc
Rtfo
t
f
cVBq
STaCM
TT
ξ [oK] (3.313)
7HPSHUDWXUD�GH�LHúLUH�D�JD]HORU�GH�DUGHUH�GLQ�IRFDU��vQ�oC, este : tf = Tf -273 [oC] $FHDVW��WHPSHUDXWU��YD�IL�GLIHULW��GH�Wf �DOHDV��vQ�FDOFXOXO�GH�DSUR[LPDUH��'DF��GLIHUHQ D�HVWH�PDL�PDUH�GH������FFD������.��VH�UHLD�FDOFXOXO�FX�YDORDUHD�Wf��UH]XOWDDW��GLQ� FDOFXOXO� ILQDO�� 'DF�� HURDUHD� HVWH�PDL�PLF��� VH� FRQWLQX�� FDOFXOXO� FX� WHPSHUDWXUD�focarului tf rezuOWDW�� GLQ� FDOFXO� úL� QX� VH�PDL� UHLD� FDOFXOXO� WUDQVIHUXOXL� GH� F�OGXU�� OD�VXSUDID D�GH�UDGLD LH� 3.7.9. Calculul termic al drumului convectiv
�HYLOH�VXQW�GLVSXVH� vQ� LQWHULRUXO�FRUSXOXL�FD]DQXOXL��DúD�FXP�se poate observa în fig.3.19.
3. CALCULUL�7(50,&�$/�&$=$1(/25�'(�$3��&$/'��6$8�),(5%,17(
131
Drumul convectiv esWH� GHWHUPLQDW� GLQ� FDOFXOHOH� DQWHULRDUH� SULQ� XUP�WRULL�parametrii : Qc –�GHELWXO�GH�F�OGXU��FHGDW�GH�JD]HOH�GH�DUGHUH���N:��� tf –�WHPSHUDWXUD�JD]HORU�GH�DUGHUH�OD�LQWUDUH�vQ� HYL��0C) ;
tFRú –�WHPSHUDWXUD�JD]HORU�GH�DUGHUH�OD�LHúLUHD�GLQ� HYL��OD�FRú) ; te /ti – temperatura apei (0C) .
3HQWUX� VWDELOLUHD� VHF LXQLL� GH� WUHFHUH� D� JD]HORU� GH� DUGHUH� VH� DOHJH� GLDPHWUXO� HYLORU�GUXPXULORU�FRQYHFWLYH�GLQ�JDPD�GH� HYL�X]XDOH�SHQWUX�FD]DQHOH�GH�DS��FDOG���
φ 42 x 3 di = 36
φ 48 x 3,5 di = 41
φ 54 x 4 di = 46
φ 60 x 4 di = 52
6H� FDOFXOHD]�� � QXP�UXO� GH� HYL� 1t� GLQ� FRQGL LD� FD� YLWH]D�PHGLH� D� JD]HORU� GH�DUGHUH�V��ILH��wg = 1,5 ÷ 3 m/s
Debitul de gaze de ardere, la temperatura medie din convectiv 2
costtt
f
gm
+= , este:
273
273+⋅= gm
gg
tVBD (Nm3/s) (3.314)
6HF LXQHD�QHFHVDU��GH�FXUJHUH�
g
g
cw
DS = (m2) (3.315)
1XP�UXO�preliminar GH� HYL�
2
4
i
c'
td
SN
⋅=
π (3.316)
DSRL� VH� URWXQMHúWH� SDVXO� s1 al HYLORU� DVIHO� vQFkW� QXP�UXO� �11� V�� ILH� XQ� QXP�U� vQWUHJ�acceSWDELO�SHQWUX�DúH]DUHD�DOHDV����1t = 3, 7, 12, 19 etc.) 6H� FDOFXOHD]�� DSRL� YLWH]D� JD]HORU� vQ� VHF LXQHD� OLEHU�� GH� WUHFHUH� D� JD]HORU� GH�DUGHUH�SHQWUX�QXP�UXO�ILQDO�GH� HYL�DOHV��Nt .
2
4
it
g
gdN
Dw
⋅⋅=
π (m/s) (3.317)
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
132
Pentru temperatura media a gazelor de ardere tgm� VH� GHWHUPLQ�� GLQ� anexa 9, XUP�WRDUHOH�YDORUL��
- YkVFR]LWDWHD�FLQHPDWLF� ν (m2/s)
- FRQGXFWLELOLWDWHD�WHUPLF�� λ (W/mK)
- criteriul Prandtl Pr
6H� FDOFXOHD]�� FRHILFLHQWXO� GH� VFKLPE�GH� F�OGXU��(αc) pentru curgerea gazelor GH�DUGHUH�vQ�LQWHULRUXO� HYLORU�
ÌQ�DFHVW�FD]�OXQJLPHD�FDUDFWHULVWLF��YD�IL�GLDPHWUXO�LQWHULRU�DO� HYLL� di Criteriul hidrodinamic este:
νidw
Re⋅
= (3.318)
3HQWUX�FXUJHUHD�IOXLGHORU�SULQ�LQWHULRUXO� HYLORU�UHOD LLOH�FULWHULDOe de transfer de F�OGXU��VXQW��
* pentru Re > 10000
PrRe.Nu,, 40800240 ⋅⋅= (3.319)
* pentru 2300 < Re < 10000
PrRe.Nu Re
,, ε⋅⋅⋅= 40800240 (3.320)
unde 0Re = 1- 6.105.Re-1,8
* pentru Re < 2300
PrReLt
d,
PrReLt
d,
,Nu,
i
i
660
04501
06880653
⋅⋅⋅+
⋅⋅
⋅
+= (3.321)
Lungimea Lt a tevilor se ia Lt §���· di � úL� OD� DFHVW� RUGLQ�GH�P�ULPH�GH�YDORUL�LQIOXH D�OXQJLPLL� HYLL�DVXSUD�OXL��Nu��HVWH�QHJOLMDELO��
5H]XO�����i
cd
Nu λα ⋅= (3.322)
3. CALCULUL�7(50,&�$/�&$=$1(/25�'(�$3��&$/'��6$8�),(5%,17(
133
Coeficientul de schimb GH�F�OGXU��SULQ�UDGLD LH�HVWH�GHWHUPLQDW�GH�P�ULPLOH�
- WHPSHUDWXU��PHGLH�D�JD]HORU�GH�DUGHUH�� Tgm=tgm+273 (K); - grosimea stratului radiant: s = 0,9 di (m);
- SUHVLXQLOH�SDU LDOH�DOH�JD]HORU�GH�DUGHUH�WULDWRPLFH��2ROp ; OHp
2
g
g
RO
RO pV
Vp 2
2= [bar�@����úL��� g
g
OH
OH pV
Vp 2
2= [bar.] (3.323)
&RQVWDQWD�GH�UDGLD LH�D�JD]HORU�VH�GHWHUPLQ��FX�UHOD LD�
)(1000
38,01)(
6,18,022
22
2
ROOH
gm
ROOH
OHpp
T
spp
pkg +
−
+
+= (3.324)
iar coeficientul de emisivitate al gazelor de ardere:
sk
ggea⋅−−= 1 (3.325)
&RHILFLHQWXO�GH�VFKLPE�GH�F�OGXU��SULQ�UDGLD LH�VH�GHWHUPLQ��FX�UHOD LD�
−
−
+⋅= −
gm
p
gm
p
gmg
p
r
T
T
T
T
Taa
1
1
2
110765,5
6,3
38α (W/m2K) (3.326)
XQGH�SHQWUX� FRHILFLHQWXO� GH� DEVRUE LH� DO�SHUHWHOXL�GH� VFKLPE�GH�F�OGXU�� VH� FRQVLGHU��valoarea ap ������ HDY��WUDV��GH�R HO��LDU�SHQWUX�WHPSHUDWXUD�DEVROXW��D�SHUHWHOXL� HYLL� 27320tT mp ++= (K)
&RHILFLHQWXO�GH�WUDQVIHU�GH�F�OGXU��SH�SDUWHD�JD]HORU�GH�DUGHUH�YD�IL� α1 = αc + αr (3.327) CoeILFLHQWXO� GH� WUDQVIHU� GH� F�OGXU��α2 pe partea apei, este mult mai mare (de ordinul miilor de W/m2.��vQ�FRPSDUD LH�FX�α1 (de ordinul zecilor de W/m2K). ÌQ� DFHVWH� FRQGL LL� FRHILFLHQWXO� JOREDO� GH� WUDQVIHU� GH� F�OGXU�� ´k” este dat de UHOD LD�
1
1
1 εαα
+=Ik (W/m2K) (3.328)
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
134
S SC
t
tma
tf
tc
∆tmax
∆tmin
în care s-a neglijat UH]LVWHQ D�WHUPLF���1/α2).
9DORULOH� FRHILFLHQWXOXL� GH� PXUG�ULUH� ε pentru gaze de ardere, provenite din arderea de combustibil gazos, sunt prezentate în tabelul XUP�WRU�
&RHILFLHQWXO�GH�PXUG�ULUH�– combustibil gazos
Viteza w (m/s) 3 6 9 12 15 18 ε ⋅103 (m2K/W) 5,233 3,837 2,791 2,093 1,628 1,395
6H�SRDWH�XWLOL]D�úL�UHOD LD�DQDOLWLF�� 647403102111 ,w, −− ⋅⋅=ε (m2K/W) (3.329) Pentru gaze de ardere provenind din arderea unui combustibil lichid se poate considera: 0163,0≅ε (m2K/W) (3.330) 'LIHUHQ D�PHGLH�GH�WHPSHUDWXU��VH�GHWHUPLQ��FRQIRUP�ILJXULL���21��úL�UHOD LHL����331):
min
max
minmaxm
t
tln
ttt
∆∆
∆∆∆ −= (3.331)
6XSUDID D� GH� VFKLPE� GH� F�OGXU�� D�convectivului cazanului va fi:
cit
m
cc LdN
tk
QS ⋅⋅⋅== π
∆ (m2).
(3.332)
RezuOW��OXQJLPHD�FRQYHFWLYXOXL�
it
cc
dN
SL
⋅⋅=
π(m) (3.333)
Fig. 3.21.
Lungimea Lc�VH�URWXQMHúWH�OD�o valoare�vQWUHDJ��GH�FP���
3. CALCULUL�7(50,&�$/�&$=$1(/25�'(�$3��&$/'��6$8�),(5%,17(
135
INTENSIFICAREA TRANSFERULUI DE Cü/'85ü�&8�785%8/,=$725,
'DF�� OXQJLPHD� HYLORU� UH]XOW�� SUHD�PDUH� �FRQVWUXFWLv L/D = 3 ÷ 4 ) se poate P�UL�FRHILFLQWXO�GH�VFKLPE�GH�F�OGXU��FRQYHFWLY��.c �SULQ�LQWURGXFHUHD�vQ� HYL�D�XQRU�turbulizatori.
&HL�PDL�XWLOL]D L�VXQW�WXUEXOL]DWRULL�EDQG��vQGRLW��VDX�WXUEXOL]DWRULL�HOLFRLGDOL� 7XUEXOL]DWRULL� GH� WLS� EDQG�� vQGRLW�� SURGXF� R intensificare mai mare a
WUDQVIHUXOXL�GH�F�OGXU��OD�DFHLDúL�FUHúWHUH�GH�SLHUGHUH�GH�VDUFLQ��FX�WXUEXOL]DWRULL�GH�WLS�EDQG��HOLFRLGDO��
6FKHPD�WXUEXOL]DWRUXOXL�FX�EDQG��RQGXODW��HVWH�GDW��vQ�ILJ��3.22.
fig. 3.22 Schema turbulizatorului din�EDQG��RQGXODW��
Intensificarea� WUDQVIHUXOXL� GH� F�OGXU�� SULQ� FRQYHF LH� VH� GHILQHúWH� FD� UDSRUWXO�������,� � .int� �.� � vQWUH� WUDQVIHUXO� GH� F�OGXU�� FX� WXUEXOL]DWRU� úL� WUDQVIHUXO� GH� F�OGXU�� I�U��turbulizator. Pentru regim laminar de curgere (Re < 2300) coeficientul de intensificare a VFKLPEXOXL�FRQYHFWLY�GH�F�OGXU��HVWH�QXPDL�IXQF LH�GH�SDVXO�UHODWLY��prel :
p
di
p
di
pasul relativ: prel = p / di UH]XOW� prel = 1,41 · �WJ��������
� di · cos45
0
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
136
30
1422,
rel
int
p
,I ==
αα
(3.334)
Pasul relativ este dat în fig. 3.22.
Pierderile relative de sarciQ��LQGXVH�GH�WXUEXOL]DWRU�VXQW�
ûSrel� �ûS���ûS0 = 6,53 (3.335) În tabelul XUP�WRU�VH�GDX�FkWHYD�YDORUL�SHQWUX�JUDGXO�GH�LQWHQVLILFDUH�úL�SHQWUX SLHUGHULOH�UHODWLYH�GH�VDUFLQ��IXQF LH�GH�θ.
----------------------------------------------------------------------------------------
� prel I ûprel � prel I ûprel
---------------------------------------------------------------------------------------- 90 1.41 1,93 6,53 125 2,72 1,59 6,53
95 1.54 1,88 6,53 130 3,03 1,54 6,53
100 1,69 1,83 6,53 135 3,41 1,48 6,53
105 1,84 1,78 6,53 140 3,89 1,43 6,53
110 2,02 1,73 6,53 145 4,49 1,37 6,53
115 2,22 1,69 6,53 150 5,28 1,30 6,53
120 2,45 1,63 6,53 155 6,38 1,23 6,53
160 8,02 1,14 6,53
------------------------------------------------ 6H� UHPDUF�� R� LQWHQVLILFDUH� D� WUDQVIHUXOXL� GH� F�OGXU�� DSURDSH� GH� Gublare
(la � = 90o��GDU�úL�R�SLHUGHUH�GH�VDUFLQ��PDL�PDUH�GH�����RUL� 'H� UH LQXW� F�� R� PLFúRUDUH� D� XQJKLXOXL� GH� vQGRLUH� D� SODWEDQGHORU� GXFH� OD� R�
FUHúWHUH� D� � WUDQVIHUXOXL� GH� F�OGXU�� GDU� QX� úL� OD� R� FUHúWHUH� D� SULHUGHULORU� GH� VDUFLQ���DILUPD LH�YDODELO��vQ�GRPHQLXO�H[SHULPHQWDW�GH�XQJKL�GH�vQGRLUH��� �����÷ 1600 ). Pentru regim tranzitoriu de curgere (2300 <Re < 10000) coeficientul de LQWHQVLILFDUH�D�VFKLPEXOXL�FRQYHFWLY�GH�F�OGXU��HVWH�IXQF LH�GH�SDVXO�UHODWLY��Srel�úL�GH�criteriul Re:
5
33 20
261
,
,
rel
int Re
p
,I −==
αα
(3.336)
3LHUGHULOH�UHODWLYH�GH�VDUFLQ��LQGXVH�GH�WXUEXOL]DWRU�VXQW�
ûSrel� �ûS���ûS0 = 10350
17,,
rel ReP (3.337)
În XUP�WRUXO�WDEHO�VH�GDX�FkWHYD�YDORUL�SHQWUX�JUDGXO�GH�LQWHQVLILFDUH�úL�SHQWUX�piHUGHULOH�UHODWLYH�GH�VDUFLQ��
3. CALCULUL�7(50,&�$/�&$=$1(/25�'(�$3��&$/'��6$8�),(5%,17(
137
� prel Re I ûSrel � prel Re I ûSrel
90 1.41 3000 2,02 7,25 95 1.54 3000 1,96 7,15 4000 1,97 7,04 4000 1,90 6,94 5000 1,92 6,89 5000 1,85 6,80 6000 1,88 6,76 6000 1,80 6,67
100 1.69 3000 1,89 7,05 105 1.84 3000 1,82 6,96 4000 1,83 6,86 4000 1,76 6,77 5000 1,78 6,71 5000 1,71 6,62 6000 1,74 6,58 6000 1,68 6,50
110 2,02 3000 1,76 6,87 115 2,22 3000 1,69 6,77 4000 1,70 6,67 4000 1,63 6,58 5000 1,65 6,53 5000 1,58 6,44 6000 1,61 6,41 6000 1,54 6,32
120 2,45 3000 1,62 6,67 125 2,72 3000 1,55 6,57 4000 1,56 6,48 4000 1,49 6,38 5000 1,52 6,34 5000 1,44 6,24 6000 1,47 6,23 6000 1,41 6,13
130 3,03 3000 1,48 6,46 135 3,41 3000 1,41 6,35 4000 1,42 6,28 4000 1,35 6,17 5000 1,37 6,14 5000 1,30 6,03 6000 1,33 6,03 6000 1,26 5,92
140 3,89 3000 1,33 6,23 145 4,49 3000 1,24 6,09 4000 1,27 6,05 4000 1,18 5,92 5000 1,22 5,92 5000 1,14 5,79 6000 1,18 5,81 6000 1,09 5,69
150 5,28 3000 1,15 5,95 155 6,38 3000 1,05 5,78 4000 1,09 5,78 4000 1,00 5,62 5000 1,04 5,65 5000 1,00 5,49 6000 1,00 5,55 6000 1,00 5,39
160 8,02 3000 1,00 5,59 4000 1,00 5,43 5000 1,00 5,31 6000 1,00 5,21
,QWHQVLILFDUHD� WUDQVIHUXOXL�GD�F�OGXU��FRQYHFWLY�HVWH�FHD�PDL�PDUH� vQ�UHJLm de FXUJHUH� ODPLQDU� úL� HILFDFLWDWHD� VFDGH� FX� FkW� WXUEXOHQ D� HVWH�PDL� ULGLFDW���$SDUH� DVIHO�UHJXOD�GH�FDUH�WUHEXLH�V��VH� LQ��VHDPD�WRWGHDXQD��SURPRWRULL�GH�WXUEXOHQ ��QX�VXQW�HILFDFH�vQ�UHJLPXUL�GH�WXUEXOHQ ��ULGLFDW�� ÌQ� UHJLPXUL�GH� WXUEXOHQ �� ULGLFDW��promotorii nu fac altceva decât V� P�UHasc� semnificativ�SLHUGHULOH�GH�VDUFLQ�� 2� DOW�� UHJXO�� HVWH� F�� XWOL]DUHD� SURPRWRULORU� GH� WXUEXOHQ �� GXFH� WRWGHDXQD� OD�FUHúWHUHD� SLHUGHULORU� GH� VDUFLQ��� vQ� FRQVHFLQ �� calculul gazodinamic al cazanului
WUHEXLH�V��YHULILFH�GDF��WLUDMXO�SHUPLWH�LQWURGXFHUHD�SURPRWRULORU�GH�WXUEXOHQ �.
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
138
3.8��&D]DQH�DFYDWXEXODUH�GH�DS��ILHUELQWH�GH�WLS�&$)� 3.8.1. 'HVFULHUHD�FD]DQHORU��HOHPHQWH�FRPSRQHQWH��PRG�GH�IXQF LRQDUH� 6XQW�FD]DQH�GH�UDGLD LH�FX�SXWHUL�WHUPLFH�PDUL�úL�XWLOL]HD]��FRPEXVWLELOL�OLFKL]L�úL�JD]RúL� &D]DQXO�HVWH�GHVWLQDW�SURGXFHULL�GH�DS��ILHUELQWH�vQ�UHJLP�GH�ED]�����������0C sau în regim de vârf 110 / 150 0&�� 6XQW� FD]DQH� PRGHUQH� FX� SHUH L� PHPEUDQ���DOLPHQWDWH�FX�DU]�WRDUH�SH�GRL�SHUH L�RSXúL�úL�VXSUDSUHVLXQH�vQ�IRFar. 'UXPXULOH�GH�JD]H�VXQW�GLVSXVH�SH�YHUWLFDO�� /D� FD]DQHOH� PDUL� �4� !� ��� 0:�� VHF LXQHD� IRFDUXOXL� HVWH� PHQ LQXW�� úL� FD�VHF LXQH� D� GUXPXOXL� FRQYHFWLY��/D� FD]DQHOH�PDL�PLFL�GXS�� IRFDU�DSDUH�R� vQJXVWDUH�D�drumului de gaze. 6FKHPD�FRQVWUXFWLY��D�FD]DQXOXL�HVWH�GDW��vQ�ILJXUD�3.23.
Fig. 3.23. Cazan CAF ���DU]�WRU�����IRFDU�����FROHFWRU�����IDVFLFXO�FRQYHFWLY�����FROHFWRU�FRQYHFWLY��
���OHJ�WXU��OD�FRú�����QHUYXUL�����L]ROD LH�WHUPLF�
A A
B B
A - A
B - B
1
2
3
4 5
6
7
8
4
3. CALCULUL�7(50,&�$/�&$=$1(/25�'(�$3��&$/'��6$8�),(5%,17(
139
6LVWHPXO�FRQYHFWLY�FRQWLQX�� IRFDUXO�SH�YHUWLFDO�� úL�HVWH�IRUPDW�GLQ�SDQRXUL�GH�EXFOH�GH� HYL�FDUH�SRUQHVF�DOWHUQDWLY�GLQ�FROHFWRDUHOH�GH�SH�SHUHWHOH�GUHDSWD�úL�VWkQJD� 6ROX LD� FX� SHUHWH� PHPEUDQ�� HOLPLQ�� VROX LLOH� VFXPSH� úL� JUHOH� GH� vQ]LGLUH� úL�DVLJXU��un VFKLPE�GH�F�OGXU��SXWHUQLF�SULQ�UDGLD LH� &D]DQXO�QHFHVLW��R�VXSUDID ��PLF��GH�DúH]DUH�úL�VH�GH]YROW��PXOW�SH�YHUWLFDO�� 3.8.2. Tema de proiectare
3ULQ�WHPD�GH�SURLHFWDUH�VH�LPSXQ�XUP�WRDUHOH�GDWH�
- GHELWXO�GH�F�OGXU��DO�FD]DQXOXL� Q (kW) ; - WHPSHUDWXUD�DSHL�OD�LHúLUH�GLQ�FD]DQ�� te (
0C) ; - temperatura de intrare a apei în cazan: ti (
0C) ; - FRPEXVWLELO� FX� FRPSR]L LH� �ILH� XQ� FRPEXVWLELO� OLFKLG� ILH� XQ� FRPEXVWLELO�
gazos) - FD]DQ�FX�SHUH L�PHPEUDQ��vQ�FRQVWUXF LH�HWDQú���FX�VXSUDSUHVLXQH�vQ�IRFDU�
&D]DQXO�HVWH�GH� WLS�HWDQú�FX�SHUH L�PHPEUDQ��� vQ�FRQVHFLQ ��H[FHVXO�GH�DHU�QX�
VH�PRGLILF��SkQ��OD�FRú��'H�DOWIHO��dUXPXULOH�VXQW�vQ�VXSUDSUHVLXQH�úL�GHFL�QX�SRDWH�IL�vQ�QLFL�XQ�FD]�YRUED�GH�S�WUXQGHUL�GH�DHU�IDOV�GLQ�H[WHULRU�
Astfel în tot cazanul excesul de aer este α = 1,05 ÷ 1,15. &RQIRUP� LQGLFD LLORU� GLQ� FDSLWROXO� �� VH� HIHFWXHD]�� FDOFXOXO� DUGHULL�
FRPEXVWLELOXOXL��6H�GHWHUPLQ��VO, Vgo, Hi, OHp2
, 2ROp , Vg�úL�VH�WUDVHD]��GLDJUDPD�
I– t sau cp – t. 3.8����&DOFXOXO�UDQGDPHQWXOXL�WHUPLF�úL�D�GHELWXOXL�GH�FRPEXVWLELO 3HQWUX� FDOFXOXO� UDQGDPHQWXOXL� SH� FDOH� LQGLUHFW�� VH� FDOFXOHD]�� SLHUGHULOH�
VSHFLILFH�GH�F�OGXU�� a. 3LHUGHUHD��GH�F�OGXU��SULQ�HQWDOSLD�JD]HORU�OD�FRú� )LLQG� XQ� FD]DQ� GH� DS�� ILHUELQWH�� GHFL� FX� WHPSHUDWXU�� relativ MRDV�� D�agentului termic secundar, se DGPLWH�LQL LDO�R�WHPSHUDWXU��OD�FRú�GDW��GH�UHOD LD�GH�DSUR[LPDUH�: tFRú = tam + 80 ÷ 100 (0C); în care temperatura medie a apei este:
)(2
0 Ctt
t ie
am
+≅ (3.338)
Entalpia aerului de ardere stoichiometric� VH�FDOFXOHD]�� OD� WHPSHUDWXUD�DPELDQW�� ta = 20 0C úL� cpa = 1,2971 kJ/ Km3
N .
apaoa tcVI ⋅⋅=0 (3.339)
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
140
5H]XOW��SLHUGHUHD�VSHFLILF��OD�FRú� )(
101coscos a
i
IIH
q α−= (3.340)
b. 3LHUGHUHD�GH�F�OGXU��SULQ�DUGHUH�LQFRPSOHW��GH�QDWXU��FKLPLF�� În� SURLHFWDUH� VH� DGPLWH� R� SLHUGHUH� SULQ� DUGHUHD� LQFRPSOHW��� FD]DQXO� ILLQG� FX�HFUDQDUH�SXWHUQLF�� 005,0=chq (3.341) c. 3LHUGHULOH� GH� F�OGXU�� SULQ� DUGHUH� LQFRPSOHW�� GH� QDWXU�� PHFDQLF�� úL� SULQ�HQWDOSLD�FHQXúLL Combustibilul nefiind de tip solid:
qmec = 0 úL� qcen = 0; (3.342) d. 3LHUGHULOH�GH�F�OGXU��SULQ�VXSUDID D�H[WHULRDU��D�FD]DQXOXL� )XQF LH�de debitul cazanului Q �0:��VH�FDOFXOHD]��
6569021061674 ,
MWext Q,q−−×= (3.343)
e. Randamentul cazanului
6H�FDOFXOHD]��FX�UHOD LD� )qqq( extchcos ++−= 1η (3.344) DSRL�VH�FDOFXOHD]��úL�YDORDUHD�SURFHQWXDO�� ηη ⋅= 100% (%) (3.345) f. Consumul de combustibil 6H�FDOFXOHD]��FX�UHOD LD�
iH
QB
η
310⋅= (3.346)
B*B = deoarece qmec = 0.
3.8����%LODQ XO�GH�DQVDPEOX�DO�FD]DQXOXL� )OX[XO�GH�F�OGXU��util al cazanului este: Q (MW)
Fluxul�GH�F�OGXU��DGXV�GH�FRPEXVWLELO: ic HBQ ⋅=
)OX[XO�GH�F�OGXU��DGXV�FX�DHUXO�GH�DUGHUH�� apao tcVBQ ⋅⋅⋅⋅= α
3. CALCULUL�7(50,&�$/�&$=$1(/25�'(�$3��&$/'��6$8�),(5%,17(
141
FlX[XO�GH�F�OGXU��SLHUGXW�OD�FRú� coscos IBQ ⋅=
)OX[XO�GH�F�OGXU��SLHUGXW�SULQ�DUGHUH�LQFRPSOHW��� ichinc HBqQ ⋅⋅=
)OX[XO�GH�F�OGXU��SLHUGXW�VSUH�H[WHULRU� iextext HBqQ ⋅⋅= 5H]XOW��WDEHOXO�GH�ELODQ �
Combustibil – pierderi Util
Qcomb
Qa
- QFRú - Qinc
- Qext
Q
∑ = 'QQ ''QQ∑ =
1RW��� ÌQ� DFHVW� ELODQ � �–q2BHi) s-a scris sub forma: (-BIFRú� + BαVocpata), deci
IRUPD�H[SOLFLW�� (URDUHD�UHODWLY��GH�vQFKLGHUH�D�ELODQ XOXL��va fi:
(%)100
'
"' ⋅−
=Q
QQε (3.347)
ùL�VH�YHULILF��HURDUHD�PD[LP��DGPLVLELO��GH���� 3.8����&DOFXOXO�WHPSHUDWXULORU�úL�HQWDOSLLORU�JD]HORU�GH�DUGHUH�SH�WUDVHX� (QWDOSLD�WHRUHWLF��GH�DUGHUH�VH�FDOFXOHD]��FX�UHOD LD� apachit tcV)q(HI 01 α+−= (3.348)
apoi sH�GHWHUPLQ��WHPSHUDWXUD�WHRUHWLF��GH�DUGHUH�GLQ�GLDJUDPD�I-t: ),I(ft tt α= . 6H�DOHJH�WHPSHUDWXUD�OD�FDS�WXO�IRFDUXOXL:
tf = 900 ÷ 1100 0C úL� VH� GHWHUPLQ� apoi, din diagrama I – t,� HQWDOSLD� JD]HORU� OD� FDS�WXO� IRFDUXOXL�� If = f(tf,α). Fluxul�GH�F�OGXU��SUHOXDW�SULQ�UDGLD LH�vQ�IRFDU�YD�IL� )II(B)q(Q ftextR −−= 1 (kW) (3.349)
)OX[XO�GH�F�OGXU��FDUH�VH�SUHLD�vQ�VLVWHPXO�FRQYHFWLY�HVWH�
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
142
,QQQ Rc −= cu Q exprimat în (kW) (3.350) (QWDOSLD�JD]HORU�GH�DUGHUH�OD�VIkUúLWXO drumului convectiv este:
B)q(
QII
ext
cfc −
−=1
(3.351)
úL�GLQ�GLDJUDPD�,�–�W�UH]XOW��WHPSHUDWXUD�OD�VIkUúLWXO�GUXPXOXL�FRQYHFWLY:
),I(ft cc α= (3.352) ÌQFKLGHUHD�ELODQ XOXL�LPSXQH� Ic = IFRú�úL�tc = tFRú úL�VH�DGPLW�HURULle relative:
(%)I
II
t
ccos 100−
=ε � 0,5%
(%)t
tt
t
ccos 100−
=ε � 0,5% (3.353)
(URUL�PDL�PDUL� LQGLF�� R� JUHúHDO�� � GH� FDOFXO�� ÌQ� ILQDO� VH� vQWRFPHúWH� XUP�WRUXO�tabel:
Temperatura gazelor 6XSUDID D )OX[�GH�F�OGXU� intrare LHúLUH
Focar
Convectiv
QR
Qc
tc
tf
tf
tFRú 3.8����%LODQ XO�JUDILF�DO�FD]DQXOXL� 'HELWHOH�GH�F�OGXU��VH�WUDQVSXQ�JUDILF��OD�VFDU���GXS��PRGHOXO�JHQHUDO�SUH]HQWDW�în capitolul 2 fig. 2.3. (cu B*=B; QSI=QPA ��úL�Tmec=qcen=0). 3.8.7. Calculul termic al focarului
)RFDUXO�GH�WLS�FDPHU����GLQ�SHUHWH�PHWDOLF�FRQWLQXX�DUH�XUP�WRDUHOH�GLPHQVLXQL�
a
a
a
h
a
h
ϕ ϕ h
’ h
’
3. CALCULUL�7(50,&�$/�&$=$1(/25�'(�$3��&$/'��6$8�),(5%,17(
143
Fig. 3.24. Focarul unui cazan CAF
6H�FDOFXOHD]��VXSUDID D�SUHOLPLQDU��GH�UDGLD LH�vQ�IRFDU�FX�UHOD LD��
−
⋅
=−
44
3
100100107655 pf
R'
R
TT,
QS
ε (m2) (3.354)
cu ε = 0,65 pentru combustibil gazos
ε = 0,75 pentru combustibil lichid
Tf = tf +273 (0K)
Tp = tma +20+273 (0K) 2
eima
ttt
+=
XQGH� SHQWUX� WHPSHUDWXUD� SHUHWHOXL� HYLL� V-D� DGPLV� R� WHPSHUDWXU�� FX� ��� 0C mai mare decât temperatura medie a fluidului interior.
Se poate calcula '
RS ��DGPL kQG�XQ�IOX[�UHODWLY�XQLWDU�q’R=30 ÷ 50 kW/m2
'
R
R'
Rq
QS = (m2) (3.355)
6XSUDID D�SHUH LORU�IRFDUXOXL�HVWH�
2
'2
cos42 aha
aahaS per +++=ϕ (3.356)
cu 010≅ϕ .
Grosimea stratului radiant de gaze de ardere este:
per
f
S
Vs ⋅= 4 (m) (3.357)
6H�FDOFXOHD]��FDUDFWHULVWLFD�UDGLDQW��D�JD]HORU�GH�DUGHUH�GLQ�IRFDU� )(
100038,01
)(
6,18,022
22
2
ROOH
f
ROOH
OH
g ppT
spp
pk +
−
+
+=
6H�FDOFXOHD]��FRHILFLHQWXO�GH�DEVRUE LH�DO�JD]HORU�Ge ardere din focar :
sk
ggea
⋅−−=1 (3.358)
6H�FDOFXOHD]��FDUDFWHULVWLFD�UDGLDQW��D�IO�F�ULL�FX�UHOD LD�DSUR[LPDWLY���
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
144
501000
61 ,T
,kf
fl −=
úL�FRHILFLHQWXO�GH�DEVRUE LH�DO�IO�F�ULL�FX�UHOD LD��
sk
flflea
⋅−−= 1 (3.359)
3RQGHUHD�DEVRUE LHL�IO�F�ULL�FX�FHD�D�PHGLXOXL�UDGLDQW�GH�JD]H�GH�DUGHUH�VH�IDFH�GXS��FULWHULL�H[SHULPHQWDOH��FRQVLGHUkQG�R�SRQGHUH�β�D�S�U LL�OXPLQRDVH�D�IO�F�ULL�
&RHILFLHQWXO�GH�OXPLQR]LWDWH�DO�IO�F�ULL�HVWH�� β = 0,7 combustibil gazos
β = 0,9 combustibil lichid
SH�FDOFXOHD]��FDUDFWHULVWLFD�UDGLDQW��D�IO�F�ULL�úL�JD]HORU�GLQ�IRFDU�
gfl aaa )1( ββ −+⋅= (3.360)
Gradul de ecranare al focarului este per
'
R
S
S=Ψ §��
Se impune coeficientul de murd�ULUH al�VXSUDIH HORU� ξ=1 combustibil gazos ξ=0,9 combustibil lichid &X�DFHVWH�YDORUL�VH�FDOFXOHD]��FRHILFLHQWXO�GH�DEVRUE LH�al focarului:
ξΨ)a(a
a,a f −+
⋅=
1
820 (3.361)
2� DOW�� FDUDFWHULVWLF�� D� IRFDUXOXL�� IDFWRUXO� GH� SR]L LH� D� IO�F�Uii în focar, pentru combustibil lichid sau gazos:
f
MMH
abaM −= (3.362)
cu: aM = 0,52, bM = 0,3 , 3020 ,,H
a
f
÷≅ (3.363)
&X�DFHVWH�GDWH�VH�GHWHUPLQ��VXSUDID D�GH�UDGLD LH�D�IRFDUXOXL�
3. CALCULUL�7(50,&�$/�&$=$1(/25�'(�$3��&$/'��6$8�),(5%,17(
145
32
2
38
11
107655 MT
T
TTaM,
QS
f
t
tff
RR
−
⋅= − ξ (m2) (3.364)
$FHDVW�� VXSUDID �� YD� IL� GLIHULW�� GH� '
RS � GHWHUPLQDW�� vQ� FDOFXOXO� DSUR[LPDWLY��'DF�� GLIHUHQ D� HVWH� PDL� PDUH� GH� ����� VH� UHLD� FDOFXOXO� FX� YDORUL� SHQWUX�Vf� úL�Sper
FRUHVSXQ]�WRDUH�OXL�SR. 6H�UHFDOFXOHD]��dimensiunile reale ale focarului: 6XSUDID D� HFUDQDW�� D� IRFDUXOXL� ILLQG� VXSUDID �� PHWDOLF�� FRQWLQX��� JUDGXO� GH�ecranare este 1x = � úL�GHFL�SR� UHSUH]LQW�� úL� VXSUDID D�HIHFWLY��GH�UDGLD LH�úL�VXSUDID D�JHRPHWULF�� 3.8.8. Calculul termic al drumului convectiv
'UXPXO� FRQYHFWLY� HVWH� GHWHUPLQDW� GLQ� FDOFXOHOH� DQWHULRDUH� SULQ� XUP�WRULL�parametrii : Qc –�IOX[�GH�F�OGXU�� (kW)
tf – temperatura gazelor la intrare (0C)
tFRú –�WHPSHUDWXUD�JD]HORU�OD�LHúLUH (0C)
tam – temperatura media a apei în cazan (0C)
PenWUX� VWDELOLUHD� VHF LXQLL� GH� WUHFHUH� D� JD]HORU� GH� DUGHUH� VH� DOHJH� GLDPHWUXO� HYLORU�GUXPXULORU�FRQYHFWLY�GLQ�JDPD�GH� HYL�X]XDOH�SHQWUX�FD]DQHOH�GH�DS��ILHUELQWH� Φ 24 × 3, Φ 28 × 3, Φ 32 × 3. Pentru�FD]DQHOH�GH�FRQVWUXF LH�URPkQHDVF��V-D�XWLOL]DW� HDY��φ 28 × 3. 'DWRULW��IDSWXOXL�F��VHUSHQWLQHOH�SOHDF��DOWHUQDWLY�GLQ�FROHFWRDUH�GLVSXVH�ID ��vQ�ID ��SDVXO�WUDQVYHUVDO�DO� HYLORU�SRDWH�IL�PDL�PLF��ILJ���������
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
146
Fig. 3.25. Sistemul convectiv
6H�DOHJH�SDVXO�UHODWLY�GH�DúH]DUH�WUDQVYHUVDO��D� HYLORU� 51211 ,,
d
s÷=
6H�FDOFXOHD]��DSRL�VHF LXQHD�OLEHU��GH�WUHFHUe a gazelor de ardere în ipoteza�F��VHF LXQHD�EUXW��D�IRFDUXOXL�U�PkQH�QHVFKLPEDW��úL�vQ�GUXPXO�FRQYHFWLY���D�× a):
−=
−=
1
2
1
12 1s
da
s
dsaScirc (m2) (3.365)
unde termenul
−
1
1
s
ds �UHSUH]LQW��UHGXFHUHD�VHF LXQLL�GDWRULW�� HYLORU� Debitul de gaze ce trece prin convectiv este:
273
273+⋅= m
gg
tVBD (m3/s) (3.366)
unde tm este temperatura medie a gazelor de ardere:
2
cosf
m
ttt
+= (0C)
5H]XOW��YLWH]D�JD]HORU�GH�DUGHUH�
circ
g
S
DW = (m/s) (3.367)
'DF��YLWH]D�JD]HORU�GH�DUGHUH�HVWH�vQ�LQWHUYDOXO����÷ 20 (m/s) se poate accepta DFHLDúL�VHF LXQH�EUXW���D�× a) UH]XOW��pentru sistemul convectiv�FD�úL�SHQWUX�IRcar.
s2
a
s1
a Gaze de ardere
3. CALCULUL�7(50,&�$/�&$=$1(/25�'(�$3��&$/'��6$8�),(5%,17(
147
'DF��W� !� ��� �P�V�� FDQDOXO� � WUHEXLH� P�ULW� úL� VH� UHLD� FDOFXOXO� IRFDUXOXL� FX� R�VHF LXQH�P�ULW�� 'DF��W < 12 (m/s) canalul convectiv trebuie îngustat. PHQWUX�FDOFXOXO�vQJXVW�ULL�VH�DOHJH�YLWH]D�GH�FLUFXOD LH� W = (12 ÷ 20) (m/s) (3.368) úL�VH�GHWHUPLQ��VHF LXQHD�OLEHU��QHFHVDU��GH�FXUJHUH�
W
DS
g
circ = (m2) (3.369)
8QD�GLQ�ODWXULOH�IRFDUXOXL�U�PkQH�QHVFKLPEDW���a��LDU�FHDODOW��VH�PLFúRUHD]��OD�valoarea (a’���5H]XOW��ODWXUD�
−⋅=
1
1's
daaScirc (m2) (3.370)
úL�
−
=
1
1s
da
S'a circ
(m) (3.371)
Pentru temperatura media a gazelor de ardere tm� VH� GHWHUPLQ�� GLQ� anexa 9, XUP�WRDUHOH�YDORUL�
- YkVFR]LWDWHD�FLQHPDWLF�� ν (m2/s)
- FRQGXFWLELOLWDWHD�WHUPLF�� λ (W/mK)
- criteriul Prandtl Pr
Se alege pasul longitudinal s2 = (1,5 ÷ 2,5)· de��6H�FDOFXOHD]��FRHILFLHQWXO�GH�VFKLPE�GH�F�OGXU���αc) pentru curgerea gazelor de ardere transversal pe un fascicul de HYL�DúH]DWH�vQ�FRUGRQ��OLQLH��
ÌQ�DFHVW�FD]�OXQJLPHD�FDUDFWHULVWLF��YD�IL�
2ed
l⋅
=π
(3.372)
Criteriul hidrodinamic:
ψνcWl
Re = (3.373)
cu 14
1s
deπΨ −= .
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
148
Pentru 10 < Re < 106�úL�������3U�����3�úL curgere a gazelor de ardere transversal SH�XQ�UkQG�GH� HYL�
120
221 30
,
p
mtl
T
TNuNu,Nu
++= (3.374)
unde:
36440 PrRe,Nul ⋅+= ���úL
−⋅+
⋅⋅=
− 144321
0370
3
210
80
PrRe,
PrRe,Nu
,
,
t
Pentru n UkQGXUL�GH� HYL (n = 40 ÷ 60):
120
1
11,
p
m
T
TNu
n
)n(Nu
−+=
ω (3.375)
cu 2
1
2
1
2
51
70
3070
1
+
−
−=
,s
s
,s
s
,,Ψ
ω
Se determin�:
c
cl
Nuλα = (3.378)
&RHILFLHQWXO�GH�VFKLPE�GH�F�OGXU��SULQ�UDGLD LH HVWH�GHWHUPLQDW�GH�P�ULPLOH�
- WHPSHUDWXU��PHGLH�D�JD]HORU�GH�DUGHUH�� Tgm=tgm+273 (K);
- SUHVLXQLOH�SDU LDOH�DOH�JD]HORU�GH�DUGHUH�WULDWRPLFH��2ROp ; OHp
2
g
g
RO
RO pV
Vp 2
2= [bar�@����úL��� g
g
OH
OH pV
Vp 2
2= [bar.] (3.379)
- grosimea stratului radiant:
ed,d
s
d
s,s
−
+= 14871 21
(m) (3.380)
3. CALCULUL�7(50,&�$/�&$=$1(/25�'(�$3��&$/'��6$8�),(5%,17(
149
&RQVWDQWD�GH�UDGLD LH�D�JD]HORU�HVWH� ( ) ( )
22
22
2
10003801
6180ROOH
m
ROOH
OHpp
T,
spp
p,,kg +
−
⋅+
+= (3.381)
Coeficientul de emisivitate al gazelor de ardere:
sk
g
gea⋅−−= 1 (3.382)
&RHILFLHQWXO�GH�VFKLPE�GH�F�OGXU��SULQ�UDGLD LH�VH�determin��FX�UHOD LD��
−
−
+⋅= −
m
p
,
m
p
mg
p
r
T
T
T
T
Taa
,
1
1
2
1107655
63
38α (W/m2K) (3.383)
XQGH� SHQWUX� FRHILFLHQWXO� GH� DEVRUE LH� DO� SHUHWHOXL� VH� LD� YDORDUHD�ap� ������ úL� SHQWUX�WHPSHUDWXUD�DEVROXW��D�SHUHWHOXL� HYLL� 27320 ++= amp tT
CoeficienWXO�GH�WUDQVIHU�GH�F�OGXU��HVWH: αi = αc + αr (3.384)
&RHILFLHQWXO�JOREDO�GH�VFKLPE�GH�F�OGXU��HVWH�
i
ikεα
α+
=1
(3.385)
în care s-D�QHJOLMDW�UH]LVWHQ D�WHUPLF���1/α2).
Valorile coeficientului de PXUG�ULUH� ε pentru gaze de ardere, provenite din DUGHUHD�GH�FRPEXVWLELO�JD]RV��VXQW�SUH]HQWDWH�vQ�WDEHOXO�XUP�WRU�
&RHILFLHQWXO�GH�PXUG�ULUH�– combustibil gazos
Viteza w (m/s) 3 6 9 12 15 18 ε ⋅103 (m2K/W) 5,233 3,837 2,791 2,093 1,628 1,395
Se pRDWH�XWLOL]D�úL�UHOD LD�DQDOLWLF�� 647403102111 ,w,
−− ⋅⋅=ε (m2K/W) (3.386) Pentru gaze de ardere provenind din arderea unui combustibil lichid se poate considera:
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
150
0163,0≅ε (m2K/W) (3.387) 'LIHUHQ D�PHGLH�D�WHPSHUDWXULORU�VH�GHWHUPLQ��FRQIRUP�UHOD LHL��
min
max
minmax
lnt
t
tttm
∆∆
∆−∆=∆ (3.388)
ÌQ� ILQDO� VXSUDID D�GH�VFKLPE�GH�F�OGXU�� D�GUXPXOXL�FRQYHFWLY�VH�GHWHUPLQ�� FX�UHOD LD��
m
cc
tk
QS
∆⋅= (m2) (3.389)
Determinarea geometriei drumului convectiv se face astfel:
- QXP�UXO�GH� HYL�SH�XQ�UkQG�ntr��SHUSHQGLFXODU�SH�GLUHF LD�JD]HORU�GH�DUGHUH��este:
1s
antr = sau
1s
'antr = (3.390)
GXS��FXP�FDQDOXO�D�IRVW�QHvQJXVWDW�VDX�vQJXVWDW� ntr�VH�URWXQMHúWH�OD�YDORDUHD�vQWUHDJ��SDU��LQIHULRDU��
- QXP�UXO�GH�UkQGXUL�GH� HYL�n��vQ�GLUHF LD�FXUJHULL�JD]HORU�GH�DUGHUH��
adn
Sn
etr
c
⋅⋅⋅=
π (3.391)
VH�URWXQMHúWH�OD�YDORDUHD�SDU��VXSHULRDU��� 6H� UHPDUF�� IDSWXO� F�� V-D�QHJOLMDW�SUHOXDUHD�F�OGXULL�GH�F�WUH�SHUH LL�PHPEUDQ��limitaWRUL�DL�GUXPXOXL�FRQYHFWLY��'H�RELFHL�VH�FRQVLGHU��FD�UH]HUY��GH�VXSUDID ���VH�SRW�OXD� vQ� FDOFXO�� FD]� vQ� FDUH� LQWU�� vQ� FRPSRQHQ D� VXSUDIH HL� GH� VFKLPE� GH� F�OGXU�� D�convectivului cazanului Sc. $úH]DUHD�QXP�UXOui de rânduri „n”�SH�YHUWLFDO��VH�IDFH�vQ�SDFKHte cuprinzând 8, ���VDX���� HYL��DGLF�������VDX���EXFOH� 3DFKHWHOH�QX� WUHEXLH�V�� DLE�� DFHODúL�QXP�U�GH� HYL��SDFKHWXO�FX�XQ�QXP�U�PDL�PLF�GH� HYL�VH�DúHD]��SULPXO��GXS�� IRFDU��GHRDUHFH� �DUH�R�FLUFXOD LH� LQWHULRDU��D�DSHL�PDL�LQWHQV�� 'LVWDQ D� vQWUH�SDFKHte este de (4 ÷ 8)· s2 iar pasul la bucla din mijlocul unui
pachet este de 2· s2��SHQWUX�D�SHUPLWH�vQGRLUHD� HYLL�OD����0). &X�DFHVWH�GDWH�VH�FDOFXOHD]��OXQJLPHD�GUXPXOXL�FRQYHFWLY�
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
151
CAPITOLUL 4
CALCULUL TERMIC AL CAZANELOR DE ABUR 4.1. Calculul termic al cazanului ABA (Agregat Bloc Abur)
�������'HVFULHUHD�FD]DQXOXL��HOHPHQWH�FRPSRQHQWH��PRG�GH�IXQF LRQDUH� (VWH� XQ� FD]DQ� LJQLWXEXODU�� FX� WXE� GH� IODF�U�� úL� GRX�� GUXPXUL� FRQYHFtive. )XQF LRQHD]��FX�FRPEXVWLELO��JD]RV�VDX�OLFKLG�úL�SURGXFH�DEXU�VDWXUDW� )DFH�SDUWH�GLQ�FDWHJRULD�FD]DQHORU�FX�YROXP�PDUH�GH�DS���3ULQFLSDOHOH�HOHPHQWH�component ale cazanului sunt prezentate în figura 4.1.
���$U]�WRU�����7XE�GH�IODF�U������ùDPRWDUH�����&XWLH�vQWRDUFHUH�VSDWH�����)LHUE�WRU�FRQYHFWLY�,�����&XWLH�întoarcere�ID ������FierE�WRU�FRQYHFWLY�,,�����&Rú����7DPEXU�������6XSDS��GH�VLJXUDQ �������,QGLFDWRU�GH�QLYHO������&RQGXFW��GH�DEXU���
����$OLPHQWDUH�FX�DS�
Fig. 4.1. Schema conven LRQDO��D�FD]DQXOXL�ABA
5 5
F
C1 C2
7
1
2 3 4
6
8 10 12 13 11
13
13
9
4. CALCULUL TERMIC AL CAZANELOR DE ABUR
152
Cazanul ABA� HVWH� DOF�WXLW� GLQWU-un tambur (9) cu diametru mare în interiorul F�UXLD�VH�DIO��VXSUDIH HOH�GH�VFKLPE�GH�F�OGXU���WXEXO�GH�IODF�U��FX�SHUH LL�RQGXOD L�����FX�URO�GH�IRFDU�úL� HYLOH�GH�IXP�FX�URO�GH�IDVFicoO�ILHUE�WRU�–�FRQYHFWLY����úL���� Întoarcerea gazelor de pe un drum pe altul se face prin cutii de întoarcere. Cutia GH� vQWRDUFHUH� VSDWH� ���� HVWH� U�FLW�� FX� HYL� GH� DS��� LDU� FHD� GH� vQWRDUFHUH� ID �� ���� HVWH�UHDOL]DW��GLQ�WDEO��F�SWXúLW��FX�PDWHULDO�UHIUDctar. 9ROXPXO� PDUH� GH� DS�� OD� VDWXUD LH� GLQ� FD]DQ� DVLJXU�� R� PDUH� LQHU LH� WHUPLF���DGLF��R�PDUH�FDSDFLWDWH�GH�DFXPXODUH�GH�F�OGXU���FHHD�FH�RIHU��DYDQWDMXO�SRVLELOLW� LL�pUHOX�ULL�IOXFWXD LLORU�GH�VDUFLQ��SULQ�YDULD LL�PLFL�GH�SUHVLXQH�vQ�WDPEXU� Volumul mDUH� GH� DS�� QHFHVLW�� vQV�� WLPS� vQGHOXQJDW� GH� SRUQLUH� úL� LQWUDUH� vQ��regim. &D� XUPDUH� D� IDSWXOXL� F�� WRDWH� HOHPHQWHOH� FD]DQXOXL� VH� DIO�� LQ� LQWHULRUXO�tamburului, acesta are dimensiuni foarte mari (diametre de 1600 –� ����� PP� úL�lungimi de ordinul 1600 – 4600 PP��FHHD�FH�DQWUHQHD]��FRQVXPXUL�PDUL��GH�PHWDO�úL�iPSXQH�OLPLWDUHD�GHELWHORU�OD�FFD�����W�K�úL�D�SUHVLXQLORU�GH�OXFUX�OD�FFD����EDU� $VDPEODUHD�ULJLG��vQWUH�WDPEXU��WXE�GH�IODF�U��úL� HYL�GH�IXP��HOHPHQWH�care se GLODW��GLIHULW�GDWRULW��WHPSHUDWXULORU�GLIHULWH�GH�OXFUX��DQWUHQHD]��DSDUL LD�vQ�IXQF LRQDUH�úL� vQ� VSHFLDO� OD� YDULD iL� GH� VDUFLQ�� �LQFOXVLY� SRUQLUH�� D� XQRU� VROLFLW�UL�PHFDQLFH�PDUL��FDUH�GXF�XQHRUL�OD�GLVWUXJHUHD�HWDQú�ULORU��(OLPLQDUHD�vQ�SDUWH�D�DFHVWXL�LQFRQYHQLHQW�VH�UHDOL]HD]��SULQ�XWLOL]DUHD�WXEXULORU�GH�IODF�U��GH�WLS�HODVWLF�– tuburi ondulate –�úL�SULQ�ULJLGL]DUHD�VXSOLPHQWDU��D� HYLORU�GH�IXP�vQ�SO�FLOH�WXEXODUH�SULQ� HYL�DQFRU�� 4.1.2. Tema de proiectare
Prin tema de proiectare se dau: Dh – debitul de abur saturat produs, în t/h sau D=0,278 Dh, în kg/s ; p – presiunea aburului, în bar ; ti – temperatura apei la intrare în cazan; $ – titlul de vapori;
– compozi LD combustibilului utilzat. &RQIRUP� LQGLFD LLORU� GLQ� FDSLWROXO� �� VH� HIHFWXHD]�� FDOFXOXO� DUGHULL�combustibiluOXL�úL�VH�GHWHUPLQ�� ig0 H,V,V
o .
'DF�� IXQF LRQDrea cazanului este cu suprapresiune în focar, coeficientul de H[FHV� GH� DHU� HVWH� FRQVWDQW� úL� HJDO� FX� FHO� GLQ� IRFDU� � �FFD�� �����·�������SH� WRW� WUDVHXO�gazelor de ardere. 'DF�� IXQF LRQDUHD� FD]DQXOXi este în depresiune (cu exhautor la evacuarea JD]HORU�GH�DUGHUH�SH�FRú��VH�DGPLWH��GH�H[HPSOX��� αf în focar = 1,1 (α1) În fiecare FXWLH�GH�vQWRDUFHUH�VH�DGDXJ��∆α=0,1.
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
153
5H]XOW��� - )( 2CI αα �GXS��SULPD�FXWLH�GH�vQWRDUFHUH��vQ� HYLOe fascicolului convectiv I: α2=1,2 .
- )( 3ααCII �GXS��D�GRXD�FXWLH�GH�vQWRDUFHUH�vQ� HYLOH�IDVFLFROXOXL�FRQYHFWLY�,,��α3 ����úL�
HVWH�SUDFWLF�HJDO�FX�FRHILFLHQWXO�GH�H[FHV�GH�DHU�OD�FRú��αFRú). Fiind VF�ldare interioar�, coeficientul de exces de aer mediu pe un drum este cel de la intrare. 6H�WUDVHD]��GLDJUDPHOH�,-t sau cp-t. �������&DOFXOXO�UDQGDPHQWXOXL�WHUPLF�DO�FD]DQXOXL�úL�D�GHELWXOXL�GH�FRPEXVWLELO� $FHVWH� FD]DQH� IXQF LRQHD]�� QXPDL� FX� FRPEXVWLELO� JD]RV� VDX� OLFKLG� �SLHUGHULOH�specifice GH�F�OGXU��SULQ�DUGHUH�LQFRPSOHW��GH�QDWXU��mecanic� qmec�úL�SULQ�HYDFXDUHD�produselor solide din cazan qcen sunt nule). a) 3LHUGHUHD�VSHFLILF��GH�F�OGXU��SULQ�HQWDOSLD�JD]HORU�de ardere OD�FRú� )LLQG�XQ�FD]DQ�GH�DEXU��I�U��VXSUDIH H�DX[LOLDUH��VH�DGPLWH�LQL LDO�R�WHPSHUDWXU��OD�FRú�GHWHUPLQDW��GLQ�UHOD LD :
h
scosD
tt50
50 ++≅ [0C] (4.1)
Din diagrama I-W�VH�DIO��YDORDUHD�HQWDOSLHL�JD]HORU�GH�DUGHUH�OD�FRú��
),t(fI coscoscos α=
(QWDOSLD� DHUXOXL� WHRUHWLF� GH�DUGHUH� VH�FDOFXOHD]�� SHQWUX� WHPSHUDWXUD�DPELDQW���(de exemplu ta=20 0C).
apaao tcVI 0= (4.2)
5H]XOW��SLHUGHUHD�VSHFLILF��OD�FRú�� )II(
Hq aocoscos
i
cos α−=1
(4.3)
b) 3LHUGHUHD�VSHFLILF��GH�F�OGXU��SULQ�DUGHUH�LQFRPSOHW��GH�QDWXU��FKLPLF� În proiecWDUH� VH� DGPLWH� R� SLHUGHUH� SULQ� DUGHUH� LQFRPSOHW�� �FD]DQXO� ILLQG� FX�ecranare medie) qch= 0,001÷0,008 c) 3LHUGHUL�VSHFLILFH�GH�F�OGXU��SULQ�VXSUDID ��H[WHULRDU��D�FD]DQXOXL�
4. CALCULUL TERMIC AL CAZANELOR DE ABUR
154
6H�SRDWH�XWLOL]D�UHOD LD�H[SHULPHQWDO� (2.17) ;
6577021046435 ,
hext D,q−−×= (4.4)
SHQWUX�FD]DQH�GH�DEXU�I�U��VXSUDIH H�DQH[H� d) Randamentul cazanului 6H�FDOFXOHD]��FX�UHOD LD�:
)qqq( extchcos ++−= 1η (4.5)
úL� %% ηη 100= (4.6) e) Consumul de combustibil Se admite debitul de purje al cazaQXOXL�� vQ� FRQGL LLOH� DSHL� ELQH� WUDWDWH�� GH����din debitul cazanului :
Dp=0,03D (4.7) Din tabelele de SURSULHW� L�WHUPRGLQDPLFH�DOH�aburului (Anexa 4��VH�GHWHUPLQ���SHQWUX�SUHVLXQHD�DEXUXOXL�S��XUP�WRDUHOH�P�ULPLL��
- WHPSHUDWXUD�GH�VDWXUD LH�Wsat - entalpia aburului saturat uscat i” - HQWDOSLD�DSHL�OD�VDWXUD LH�L¶ - HQWDOSLD�DSHL�OD�LQWUDUH��FRUHVSXQ]�WRDUH�WHPSHUDWXULL�ti : io=4,186⋅ ti (kJ/kg)
Deoarece aburul are un titlu $��HQWDOSLD�ILQDO��D�DEXUXOXL�HVWH��
'i)(''ii ⋅−+⋅= χχ 1 (4.8) DHRDUHFH�SHQWUX�FD]DQH�GH�DFHVW� WLS�QX�VH�XWLOL]HD]�� LQMHFWRDUH�GH�FRPEXVWLELO�lichid cu agent de pulverizare abur��UH]XOW� Winj ���(YLGHQW�úL�vQ�FD]XO�FRPEXVWLELOXOXL�gazos Winj=0. 'H� DVHPHQHD� VH� LD� vQ� FRQVLGHUDUH� F�� SHQWUX� FRPEXVWLELO� OLFKLG� VDX� JD]RV�qmec ��úL�GHFL�B*=B . 5H]XOW��GHELWXO�GH�FRPEXVWLELO consumat de cazan:
i
opo
H
)i'i(D)ii(DB
η−+−
= (4.9)
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
155
�������%LODQ XO�GH�DQVDPEOX�DO�FD]DQXOXL� )OX[XO�GH�F�OGXU��XWLO�DO�FD]DQXOXL�HVWH�� )i'i(D)ii(DQ opout −+−= [kW] (4.10)
Fluxul de�F�OGXU��DGXV�GH�FRPEXVWLELO�� ic HBQ ⋅= (4.11)
)OX[XO�GH�F�OGXU��DGXV�FX�DHUXO�GH�DUGHUH�úL�GH�QHHWDQúHLW� L : apacosa tcVBQ 0α= (4.12)
)OX[XO�GH�F�OGXU��SLHUGXW�OD�FRú�� coscos BIQ = (4.13) Fluxul�GH�F�OGXU��SLHUGXW�SULQ��DUGHUH�LQFRPSOHW��� ichinc BHqQ = (4.14) )OX[XO�GH�F�OGXU��SLHUGXW�VSUH�H[WHULRU�� iextext BHqQ = (4.15)
5H]XOW��WDEHOXO�GLQ�ELODQ � Tabelul 4.1.
Combustibil – pierderi Util Qc Qa
- QFRú - Qinc - Qext
Qut
∑ = 'QQ ''QQ∑ =
1RW���vQ�DFHVW�ELODQ �(qFRúBHi) s-a scris sub forma: (BIFRú-BVoαFRúcpata ).
6H�GHILQHúWH�HURDUHD�UHODWLY��:
%100'Q
''Q'Q −=ε (4.16)
,DU�GDF� eroarea este mai PLF� de 1% calculul este corect .
4. CALCULUL TERMIC AL CAZANELOR DE ABUR
156
4.1.5. CDOFXOXO�WHPSHUDWXULORU�úL�HQWDOSLLORU�JD]HORU�GH�DUGHUH�SH�WUDVHX� (QWDOSLD�WHRUHWLF��GH�DUGHUH�VH�FDOFXOHD]��FX�IRUPXOD�� apafchit tcV)q(HI 01 α+−= (4.17)
DSRL�VH�GHWHUPLQ��WHPSHUDWXUD�WHRUHWLF��GH�DUGHUH�GLQ�GLDJUDPD�,-t : ),I(ft ftt α=
6H�DOHJH�WHPSHUDWXUD�OD�FDS�WXO�IRFDUXOXL:
tf = 900 ÷ 1100 0C , cu valori mici pentru debite mici. Aceste valori înalte sunt specifice cazanelor cu tub GH�IODF�U�� 6H� GHWHUPLQ�� DSRL� GLQ� GLDJUDPD� ,-W� HQWDOSLD� JD]HORU� OD� FDS�WXO� IRFDUXOXi
If=f(tf,αf) . )OX[XO�GH�F�OGXU��SUHOXDW�SULQ�UDGLD LH�vQ�IRFDU�YD�IL�� )II(B)q(Q ftextR −−= 1 [kW] (4.18)
)OX[XO�GH�F�OGXU��FDUH��VH�SUHLD�vQ�VLVWHPXO�FRQYHFWLY��&,�úL�&,,��HVWH��
Rutc QQQ −= (4.19)
Acest flux convectiv VH�vPSDUWH�SH�FHOH�GRX��IDVFLFROH�DVWIHO�� ccI Q),,(Q ⋅−= 85070 úL� cIccII QQQ −= (4.20)
$FHDVW�� UHSDUWL LH� DSDUH� deoarece pe primul drum convectiv temperaturile
gazelor de ardere sunt mai ridicate FHHDFH� GHWHUPLQ�� XQ� IOX[� XQLWDU� GH� F�OGXU��PDL�mare. Entalpia gazelor de ardere lD�VIkUúLWXO�SULPXOXL�GUXP�FRQYHFWLY�HVWH��
B)q(
QII
ext
cIfcI −
−=1
(4.21)
úL�GLQ�GLDJUDPD�,-W�UH]XOW��WHPSHUDWXUD�� ),I(ft cIcIcI α= (4.22) (QWDOSLD�JD]HORU�GH�DUGHUH�OD�VIkUúLWXO�FHOXi de-al doilea drum convectiv este :
B)q(
QII
ext
cIIcIcII −
−=1
(4.23)
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
157
úL�GLQ�GLDJUDPD�,-W�UH]XOW��WHPSHUDWXUD�� ),I(ft coscIIcII α= (4.24) ÌQFKLGHUHD�ELODQ XOXL�LPSXQH�� IcII=IFRú úL� tcII=tFRú Se admit erorile relative :
100⋅−−
=cost
cIIcos
ttt
ttε ���0,5% (4.25)
úL� 100⋅
−−
=cost
cIIcos
III
IIε � 0,5% (4.26)
(URUL�PDL�PDUL�LQGLF��R�JUHúHDO���GH�FDOFXO��ÌQ�ILQDO�VH�vQWRFPHúWH�WDEHOXO������ Tabelul 4.2.
Temperatura gazelor 6XSUDID D )OX[�GH�F�OGXU� intrare LHúLUH
Focar Convectiv I Convectiv II
QR
QcI
QcII
tc
tf
tcI
tf
tcI
tFRú ∑ =
uti QQ
�������%LODQ XO�JUDILF�DO�FD]DQXOXL 'HELWHOH� GH� F�OGXU�� GLQ� WDEHOHOH� ���� úL� ��2� VH� WUDQVSXQ� JUDILF�� OD� VFDU��� FD� vQ�figura 2.3 (cu B*=B; Qpa=0; Qsfc=QcI+QcII, Qsi=0; Qec=0; qmec=0; qcen=0) . 4.1.7. Calculul termic al focarului
$FHVW�FDOFXO�DUH�FD�VFRS�GHWHUPLQDUHD�VXSUDIH HL�GH�UDGLD LH�6R�FDSDELO��V��SUHLD�GHELWXO� GH� F�OGXU�� UDGLDQW� 4R. Deoarece în calcule intervine gradul de ecranare
=
per
R
S
SΨ úL�OXQJLPHD�GH�UDGLD LH�
⋅=
per
f
S
Vs 4 , este necesar un calcul interativ. Se
SRUQHúWH�FX�R�YDORDUH�DSUR[LPDWLY��6’R�FDUH�� vQ�ILQDO��VH�YD�FRPSDUD�FX�FHD�UH]XOWDW��din calcul SR.
4. CALCULUL TERMIC AL CAZANELOR DE ABUR
158
9DORDUHD�LQL LDO�� '
RS poate fi stDELOLW��SULQ�GRX��PHWRGH��
a) Se admite un flux unitar radiant qR =30 ÷ 50 kW/m2
R
R'
Rq
QS = [m2] (4.27)
E��6H�FDOFXOHD]��VXSUDID D�GH�UDGLD LH�vQ�IRFDU�FX�UHOD LD�DSUR[LPDWLY���
−
⋅⋅
=44
1001007655 pf
R'
R
TT,
QS
ε [m2] (4.28)
cu ε = 0,65 pentru combustibil gazos ε = 0,75 pentru combustibil lichid Tf = tf+273 [K] Tp= tsat+273 + (20 ÷40) [K] )RFDUXO�GH�WLS�WXE�GH�IODF�U��DUH�XUP�WRDUHOH�GLPHQVLXQL��ILJXUD�������
Fig. 4.2. FocaruO�WLS�WXE�GH�IODF�U��FX�SHUH L�RQGXOD L
6H� DOHJH� GLDPHWUXO� WXEXOXL� GH� IODF�U�� GXS�� P�ULPHD� FD]DQXOXL� FRQIRUP�LQGLFD LLORU�RULHQWDWLYH�GLQ�WDEHOXO������
Tabelul 4.3. Debit Dh [t/h] Diametru D [m]
0,4 ÷ 1 1 ÷ 4 4 ÷ 10
0,400 ÷ 0,600 0,600 ÷ 0,900 0,700 ÷ 1,500
LR LS
L
D
60
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
159
6H�GHWHUPLQ��OXQJLPHD�DFWLY���GH�WUDQVIHU�GH�F�OGXU���D�IRFDUXOXL�GLQ�UHOD LD���
D
DS
L
'
R'
R π
π4
2
−= [m] (4.29)
S-D� FRQVLGHUDW� F�� VXSUDID D� FRUHVSXQ]�WRDUH� fundului focarului
4
2Dπ
preia
F�OGXU�� SULQ� UDGLD LH deoarece la cazanele bloc-abur cutia de întoarcere spate este U�FLW��FX� HYL�GH�DS��
9ROXPXO�IRFDUXOXL�� LQkQG�VHDPD�GH�R�OXQJLPH�GH�úDPRWDUH�Lú = 0,6÷1,2 m úL�R�JURVLPH�GH�úDPRWDUH� δ=0,060 m , este :
4
2
4
22)D(
LD
LV s
'
Rf
δππ −+= [m3] (4.30)
6XSUDID D�SHUH LORU�IRFDUXOXL�HVWH��
422
2D]L)D(LD[S s
'
Rper
⋅⋅+⋅⋅−+⋅⋅=πδπ [m2] (4.31)
Grosimea stratului radiant de gaze este :
per
f
S
Vs ⋅= 6,3 [m] (4.32)
6H�FDOFXOHD]��FDUDFWHULVWLFD�UDGLDQW��D�JD]HORU�GH�DUGHUH�GLQ�IRFDU��
)pp(1000
T38,01
s)pp(
p6,11,0k
22
22
2
ROOHf
ROOH
OHg +⋅
−⋅
⋅+
⋅+= (4.33)
3UHVLXQLOH�SDU LDOH�DOH gazelor triatomice�VH�GHWHUPLQ��FX�UHOD LLOH
g0fg
OH
OH pV)1(V
Vp
o
2
2⋅
−α+= [bar] ; g
0fg
RO
RO pV)1(V
Vp
o
2
2⋅
−α+= [bar] (4.34)
unde : pg=1 bar.
4. CALCULUL TERMIC AL CAZANELOR DE ABUR
160
6H�FDOFXOHD]��FRHILFLHQWXO�GH�DEVRUE LH�DO�JD]HORU�GH�DUGHUH�GLQ�IRFDU��
sk
g
gea⋅−−= 1 (4.35)
6H�FDOFXOHD]��FDUDFWHULVWLFD�UDGLDQW��D�IO�F�ULL�FX�UHOD LD�DSUR[LPDWLY��� 50
100061 ,
T,k
f
fl−⋅= (4.36)
úL�FRHILFLHQWXO�GH�DEVRUE LH�DO�IO�F�ULL�FX�UHOD LD��
sk
fl
flea⋅−−=1 (4.37)
PonderarHD� DEVRUE LHL� IO�F�ULL� FX� FHD� D�PHGLXOXL� UDGLDQW� GH� Jaze de ardere se
IDFH� GXS�� FULWHULL� experimentale,� FRQVLGHUkQG� R� SURSRU LH� β din volumul focarului RFXSDW��GH�SDUWHD�OXPLQRDV��D�IO�F�ULL��
&RHILFLHQWXO�GH�DEVRUE LH�DO�IO�F�ULL�úL�JD]HORU�GH�DUGHUH�HVWH�GDW�GH�UHOD LD�� gfl a)(aa ⋅−+⋅= ββ 1 (4.38)
Coeficientul de luminozitate β este dat în tabelul 4.4.
Tabelul 4.4. )ODF�U��QHOXPLQRDV��GH�FRPEXVWLELO�JD]RV� β = 0,2 )ODF�U��GH�FRPEXVWLELO�OLFKLG β = 0,6
Gradul de ecranare al focarului este :
per
'
R
S
S=Ψ (4.39)
úL�PXUG�ULUHD�VXSUDIH HORU�� ξ= 0,7 ÷ 0,9 combustibil gazos ξ= 0,6 ÷ 0,7 combustibil lichid &X�DFHVWH�YDORUL�VH�FDOFXOHD]��FDUDFWHULVWLFD�UDGLDQW��D�IRFDUXOXL��
ξΨ ⋅⋅−+⋅
=)a(a
a,a f 1
820 (4.40)
FDFWRUXO�GH�SR]L LH�D�IO�F�ULL�vQ�IRFDU��SHQWUX�FRPEustibil lichid sau gazos, este GDW�GH�UHOD LD:
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
161
430,H
hbaM
f
MM =−= (4.41)
cu : aM=0,52; bM=0,3�úL fH
h = 0,3 pentru focare orizontale
&X�DFHVWH�GDWH�VH�GHWHUPLQ��VXSUDID D�GH�UDGLD LH�D�IRFDUXOXL��
32
2
38
11
107655 MT
T
TTaM,
QS
f
t
tff
RR ⋅
−⋅
⋅⋅⋅⋅⋅⋅= − ξ [m2] (4.42)
unde Tt�HVWH�WHPSHUDWXUD�WHRUHWLF��GH�DUGHUH��Wt+273) [K]. $FHDVW��VXSUDID ��YD�IL�GLIHULW��GH� '
RS �GHWHUPLQDW��vQ�FDOFXOXO�DSUR[LPDWLY��'DF��GLIHUHQ D�HVWH�PDL�PDUH�GH�����VH�UHLD�FDOFXOXO�FX�YDORUL�PRGLILFDWH�SHQWUX�9f�úL�6per
(pentru calcule mai precise efectuate pe calculator aceast�� GLIHUHQ � se impune la max.1%). 5H]XOW��OXQJLPHD�DFWLY���GH�WUDQVIHU�GH�F�OGXU���D�IRFDUXOXL:
D
DS
LR
R π
π4
2
−= [m] (4.43)
4.1.8. Calculul termic al drumului convectiv I
'UXPXO� FRQYHFWLY� ,� HVWH� GHWHUPLQDW� GLQ� FDOFXOHOH� DQWHULRDUH� SULQ� XUP�WRULL�parametrii : QcI –�GHELWXO�GH�F�OGXU��FHGDW�GH�JD]HOH�GH�DUGHUH�[kW] ; tf –�WHPSHUDWXUD�JD]HORU�GH�DUGHUH�OD�LQWUDUH�vQ� HYL�[0C] ;
tcI – temperatura gazelor de ardere la LHúLUH�GLQ�� HYL�[0C] ; tsat –�WHPSHUDWXUD�DSHL�OD�VDWXUD LH�[0C]; 3HQWUX� VWDELOLUHD� VHF LXQLL� GH� WUHFHUH� D� JD]HORU� GH� DUGHUH� VH� DOHJH� GLDPHWUXO� HYLORU�GLQ�JDPD�GH� HYL�X]XDOH��φ 51×3; φ 57×3; φ 60×3; φ 70×3,5; φ 76×3,5 mm . Se alege viteza de circXOD LH�D�JD]HORU�GH�DUGHUH�vQ�OLPLWH�HFRQRPLFH�� WI=10 ÷ 18 m/s 6HF LXQHD�GH�WUHFHUH�D�JD]HORU�GH�DUGHUH�YD�IL��
273
273+⋅
⋅= m
I
g
I
t
W
VBS [m2] (4.44)
4. CALCULUL TERMIC AL CAZANELOR DE ABUR
162
unde: Vg VH�FDOFXOHD]��FX�UHOD LD:
01 V)(VV cIgg o−+= α
tm – este temperatura media a gazelor de ardere :
2cIf
m
ttt
+= [0C]
1XP�UXO�GH� HYL�DO�GUXPXOXL�FRQYHFWLY�,��
2
4
i
II
d
Sn
⋅⋅
=π -�VH�URWXQMHúWH�OD�QXP�U�întreg par (4.45)
ÌQ�ILQDO�VH�UHFDOFXOHD]��YLWH]D�JD]HORU�GH�DUGHUH��
273
273
4
2
+⋅
⋅⋅
⋅= m
iI
g
I
t
dn
VBW
π [m/s] (4.46)
Pentru temperatura medie a gazelor de ardere tm� VH� GHWHUPLQ�� GLQ� anexa 9,
XUP�WRDUHOH�YDORUL�� - YkVFR]LWDWHD�FLQHPDWLF�� ν [m2/s]
- FRQGXFWLELOLWDWHD�WHUPLF�� λ [W/mK]
- criteriul Prandtl Pr DSRL�VH�GHWHUPLQ��FULWHULXO�KLGURGinamic :
υiI
e
dWR
⋅= (4.47)
úL�VLPSOH[XO�GH�OXQJLPL�� 250
3,
i
l)d/L(
C = pentru L/di < 80 (4.48)
1=lC pentru L/di > 80 unde L este lungimea cazanului, care se ia HJDO��FX�cea a focarului. Se calculeD]��DSRL�FRHILFLHQWXO�GH�VFKLPE�GH�F�OGXU��SULQ�FRQYHF LH�� GDF� Re > 10000 :
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
163
80
350
02630 ,
i
,
rlc Re
d
PC, ⋅
⋅⋅⋅=λ
α [W/m2K] (4.49)
iar în cazul 2300 < RH���������VH�IRORVHúWH�UHOD LD�
80
350
02630 ,
i
,
rlc Re
d
PC, ⋅
⋅⋅⋅⋅=λ
εα [W/m2K] (4.50)
cu
81
51061
,Re
⋅−=ε (4.51)
&RHILFLHQWXO�GH�VFKLPE�GH�F�OGXU��SULQ�UDGLD LH�HVWH�GHWHUPLQDW�GH�P�ULPLOH��
- WHPSHUDWXU��PHGLH�D�JD]HORU�GH�DUGHUH���7gm=tgm+273 [K] - grosimea stratului radiant : s = 0,9 . di [m] - SUHVLXQLOH�SDU LDOH�DOH�JD]HORU�triatomice în gazele de ardere:
g
cIg
RO
RO pV)(V
Vp
o 012
2 −+=
α [bar]; g
cIg
OH
OH pV)(V
Vp
o 012
2 −+=
α [bar] (4.52)
cu pg ≅ 1 bar. &RQVWDQWD�GH�UDGLD LH�D�JD]HORU�este :
)pp(T
,s)pp(
p,,K
ROOH
gm
ROOH
OH
g 22
22
2
10003801
6180+⋅
⋅−⋅
⋅+
⋅+= (4.53)
iar coeficientul de emisie al gazelor de ardere :
sk
ggea
⋅−−=1
CRHILFLHQWXO�GH�VFKLPE�GH�F�OGXU��SULQ�UDGLD LH�VH�FDOFXOHD]��FX�UHOD LD��
−
−
⋅⋅⋅+
⋅⋅= −63
38
1
1
2
1107655
,
gm
p
gm
p
gmg
p
r
T
T
T
T
Taa
,α [W/m2K] (4.54)
XQGH� SHQWUX� FRHILFLHQWXO� GH� DEVRUE LH� DO� SHUHWHOXL� VH� LD� YDORDUHD� Dp ����� úL� SHQWUX�WHPSHUDWXUD�DEVROXW��D�SHUHWHOXL� HYLL�� 27320 ++= satp tT [K]
4. CALCULUL TERMIC AL CAZANELOR DE ABUR
164
Coeficientul de WUDQVIHU�GH�F�OGXU� pe partea gazelor de ardere va fi :
rci α+α=α Coeficientul αe (pe partea apei) este mult mai mare (de ordinul miilor de W/m2K) în comparate cu αi (de ordinul zecilor de W/m2K). În aceVWH�FRQGL LL�FRHILFLHQWXO�JOREDO�GH�WUDQVIHU�GH�F�OGXU��N�HVWH�GDW�GH�UHOD LD�(s-a neglijat 1/αe în raport cu 1/αi) :
i
iIk
αεα
⋅+=
1 [W/m2K] (4.55)
&RHILFLHQWXO� GH� PXUG�ULUH� ε pentru gaze de ardere provenite din combustibil gazos este dat în tabelul 4.4.
Tabelul 4.4. &RHILFLHQWXO�GH�PXUG�ULUH�– combustibil gazos
Viteza [m/s] 3 6 9 12 15 18 ε ⋅103 [m2K/W] 5,233 3,837 2,791 2,093 1,628 1,395
6H�SRDWH�XWLOL]D�úL�UHOD LD�DQDOLWLF��: 647403102111 ,
Wg,−− ⋅⋅=ε [m2K/W]
iar pentru gaze de ardere provenind din combustibil lichid : 01630,=ε [m2K/W] 'LIHUHQ D�PHGLH�GH�WHPSHUDWXU��VH�GHWHUPLQ��FRQIRUP�ILJXULL������úL�UHOD LHL�
min
max
minmaxmI
t
tln
ttt
∆∆
∆∆∆ −
= (4.56)
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
165
)LJ�������'LIHUHQ D medie de temperatur�� mIt∆ ÌQ�ILQDO�VXSUDID D�GH�VFKLPE�GH�F�OGXU��D�GUXPXOXL�FRQYHFWLY�,�VH�GHWHUPLQ��FX�formula :
mII
cIcI
tk
QS
∆⋅= [m2] (4.57)
úL�UH]XOW��OXQJLPHD� HYLORU��
Ii
cIcI
nd
SL
⋅⋅=
π [m] (4.58)
4.1.9. Calculul termic al drumului convectiv II
Drumul convectiv II� HVWH� GHWHUPLQDW� GLQ� FDOFXOHOH� DQWHULRDUH� SULQ� XUP�WRULL�parametrii : QcII –�IOX[�GH�F�OGXU���[kW] ; tcI – temperatura gazelor la intrare;
tFRú –�WHPSHUDWXUD�JD]HORU���OD�LHúLUH���� tsat – temperaturD�IOXLGXOXL�OD��VDWXUD LH� Diametrul HYLORU�VH�DOHJH�DFHODúL�FD�SH�GUXPXO�,�GLQ�PRWLYH�WHKQRORJLFH� 9LWH]D�GH�FLUFXOD LH�D�JD]HORU�GH�DUGHUH�VH�LD�vQ�OLPLWHOH�� WII=8 ÷ 12 m/s
S SC1
t
tsat
tf
tc1
∆tmax
∆tmin
4. CALCULUL TERMIC AL CAZANELOR DE ABUR
166
6HF LXQHD�GH�WUHFHUH�D�JD]HORU�GH�DUGHUH�YD�IL��
273
273+⋅
⋅= m
II
g
II
t
W
VBS [m2] (4.59)
unde: – Vg�VH�FDOFXOHD]��FX�UHOD LD� 01 V)(VV cIIgg o−+= α
– tm – este temperatura media a gazelor de ardere : 2
ttt coscI
m
+= [0C]
1XP�UXO�GH� HYL�DO�GUXPXOXL�FRQYHFWLY�,,��
2
4
i
IIII
d
Sn
⋅⋅
=π -�VH�URWXQMHúWH�OD�vQWUHJ�QXP�U�SDU (4.60)
9D� UH]XOWD� XQ� QXP�U� GH� HYL� PDL� PLF� GHFkW� OD� GUXPXO� ,� GLQ� FDX]D� GHELWXOXL�volumic mai mic de gaze de ardere. 'XS��VWDELOLUHD�QXP�UXOXL�GH� HYL�VH�UHFDOFXOHD]��YLWH]D�JD]HORU�GH�DUGHUH :
273
273
4
2
+⋅
⋅⋅
⋅= m
iII
g
II
t
dn
VBW
π [m/s] (4.61)
Pentru temperatura medie a gazelor de ardere tm�� VH� GHWHUPLQ�� GLQ� anexa 9 valoriOH�XUP�WRULORU�SDUDPHWULL:
- YkVFR]LWDWHD�FLQHPDWLF�� ν [m2/s]
- FRQGXFWLELOLWDWHD�WHUPLF�� λ [W/mK]
- criteriul Prandtl Pr
DSRL�VH�GHWHUPLQ��FULWHUiul hidrodinamic :
υiII dW
Re = (4.62)
9DORDUHD�VLPSOH[XOXL�GH�OXQJLPL�HVWH�DFHODúL�FD�SH�GUXPXO�FRQYHFWLY�,��
( ) 250
3,
i
Id/L
C = pentru L/di < 80 (4.63)
1=IC pentru L/di > 80
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
167
6H�FDOFXOHD]��DSRL�FReficientul de sFKLPE�GH�F�OGXU��SULQ�FRQYHF LH� în ipoteza Re > 10000 :
80
350
02630 ,
i
,
rIc
Red
PC, ⋅
⋅⋅=
λα [W/m2K] (4.64)
LDU�vQ�FD]XO��������5H���������VH�IRORVHúWH�UHOD LD�
80350
02630 ,
i
,
rIc Re
d
PC, ⋅
⋅⋅⋅=
λεα [W/m2K] (4.65)
cu
81
51061
,Re
⋅−=ε (4.66)
&RHILFLHQWXO�GH�VFKLPE�GH�F�OGXU��SULQ�UDGLD LH�VH�FDOFXOHD]��QXPDL�GDF���
4002
>+
= coscIm
ttt 0C (4.67)
FD]�vQ�FDUH�PHWRGLFD�HVWH�DFHLDúL�FD�FHD�IRORVLW��OD�GUXPXO�FRQYHFWLY�,��VFKLPEkQGX-se
22 ROOH P,P úL gT .
'DF����tm < 400 0&�HIHFWXO�UDGLD LHL�VH�QHJOLMHD]��úL�αr=0. Coeficientul de WUDQVIHU�GH�F�OGXU� este :
rci ααα += (4.68) &RHILFLHQWXO�JOREDO�GH�VFKLPE�GH�F�OGXU��HVWH��
i
iIIk
αεα
⋅+=
1 [W/m2K] (4.69)
cX�YDORULOH�SHQWUX�FRHILFLHQWXO�GH�PXUG�ULUH�GLQ�WDEHOXO������ 'LIHUHQ D� PHGLH� GH� WHPSHUDWXUL� VH� GHWHUPLQ�� FRQIRUP� VFKHPHL� ILJXULL� ����� úL�UHOD LHL���������
min
max
minmaxmII
t
tln
ttt
∆∆
∆∆∆
−= (4.70)
4. CALCULUL TERMIC AL CAZANELOR DE ABUR
168
)LJ�������'LIHUHQ D�PHGLH�D�WHPSHUDWXULORU mIIt∆ ÌQ�ILQDO�VXSUDID D�GH�VFKLPE�GH�F�OGXU��D�GUXPXOXL�FRQYHFWLY�,,�VH�GHWHUPLQ��FX�formula :
mIIII
cIIcII
tk
QS
∆⋅= [m2] (4.71)
úL�UH]XOW��OXQJLPHD�GUXPXOXL�convectiv:
IIi
cIIcII
nd
SL
⋅⋅=
π [m] (4.72)
��������&DOFXOXO�GH�HFKLOLEUDUH�D�VXSUDIH HORU� 'LQ� ILJXUD� ���� UH]XOW�� FRQGL LD� FRQVWUXFWLY�� Fa lungimea focarului L=LR+LúDP V�� ILH� HJDO��cu lungimea drumurilor convective (úL� DFHVWHD� HJDOH� vQWUH�ele) : L = LI = LII (4.73) Dintr-XQ� SULP� FDOFXO� � DFHDVW�� FRQGL LH� QX� HVWH� vQGHSOLQLW�� úL� DWXQFL� VH�SURFHGHD]��OD�R�echilibrare�D�VXSUDIH HORU��
S SC2
t
tsat
tc1
tcos
∆tmax
∆tmin
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
169
6H� LD� vQ� SULPXO� UkQG� FD� OXQJLPH� D� GUXPXULORU� FRQYHFWLYH�PHGLD� �UDSRUWDW�� OD�VXSUDID ���D�FHORU�GRX��GUXPXUL��
convIIIIIIIIIL)nn(LnLn +=+ (4.74)
deci :
III
IIIIIIconv
nn
LnLnL
++
= (4.75)
În acest fel s-D�PHQ LQXW�VXSUDID D�GH�VFKLPE�GDU�V-a repartizat altfel între cele GRX��GUXPXUL� 2� D� GRXD� HFKLOLEUDUH� WUHEXLH� I�FXW�� vQWUH� OXQJLPHD� IRFDUXOXL� /� úL� OXQJLPHa drumurilor convective Lconv . D��� 'DF�� /conv este mai mic decât L, dar mai mare decât LR, atunci partea IRFDUXOXL� FDUH�GHS�úHúWH� OXQJLPHD�FRQYHFWLY�� VH� VFRDWH� vQ�DIDUD�FD]DQXOXL� VXE� IRUP��de antefocar. E���'DF��/conv�HVWH�PDL�PLF�GHFkW�/�úL�PDL�PLF�FKLar ca LR��DWXQFL�VH�SURFHGHD]��OD� VF�GHUHD� WHPSHUDWXULL� OD�FRú� �WFRú��DVWIHO� vQFkW�QHFHVDUXO�GH�VXSUDID �� FRQYHFWLY��V��FUHDVF��úL�V��DMXQJ��vQ�OLPLWHOH�/�≥ Lconv ≥ LR . Se poate, GH�DVHPHQHD��P�UL�GLDPHWUXO� HYLORU�FRQYHFWLYH�Gi�VDX�úL�P�UL�YLWH]D�de ciUFXOD LH�D�JD]HORU��I�U��D�VH�GHS�úL�OLPLWHOH�HFRQRPLFH� c��'DF��/conv�HVWH�PDL�PDUH�GHFkW�/�VH�SURFHGHD]��OD�R�ULGLFDUH�a temperaturii la FRú�DVWIHO�vQFkW�QHFHVDUXO�GH�VXSUDID ��FRQYHFWLY��V��VFDG��úL�V��DMXQJ��OD�/�≥ Lconv ≥ LR . Se poate de asemenea� PLFúRUD� GLDPHWUXO� HYLORU� FRQYHFWLYH� VDX�úL� YLWH]H� GH�FLUFXOD LH�D�JD]HORU��I�U��D�GHS�úL�OLPLWHOH�HFRQRPLFH�
2� DOW�� PHWRG�� GH� HFKLOLEUDUH� vQ� DFHVW� FD]� �GDF�� /conv ≥ L) este repartizarea drumurilor convective pe 3 fascicole. $FHDVW��GLQ�XUP��VROX LH neFHVLW��R� LQYHVWL LH�VXSOLPHQWDU��SULQ�SODFD�WuEXODU��FH� WUHEXLH� SXV�� OD� FDS�WXO� IRFDUXOXL�� FD]DQXO� GHYHQLQG� FX� WXE� GH� IODF�U�� úL� HYL� vQ�prelungire. 6ROX LLOH�GH�PDL�VXV�VXQW�VROX LL�GH�HFKLOLEUDUH�vQ�FDGUXO�XQXL�SURLHFW�WHKQLF� /D� SURLHFWXO� GH� H[HFX LH� VH� PDL� LDX� vQ� GLVFX LH� úL� HOHPHQWHOH� HFRQRPLFH� DOH�ILHF�UHL�VROX LL� 2� DOW�� SRVLELOLWDWH� GH� HFKLOLEUare este aceea în care se iau în considerare VXSUDIH HOH�GH�VFKLPE�GH�F�OGXU�� FX� IOX[XULOH�GH�F�OGXU�� UHVSHFWLYH��'DF��VH�QRWHD]��IOX[XULOH�GH�F�OGXU���
4. CALCULUL TERMIC AL CAZANELOR DE ABUR
170
cII
cIIcII
cI
cIcI
R
Rf
S
Qq;
S
Qq;
S
Qq === [kW/m2] (4.76)
UH]XOW���
)(
4
2
cIIIIcIIff
cIIcIsfffR
qnqndqD
QQLqDqD
Q
L⋅+⋅⋅⋅+−⋅⋅
++
⋅⋅⋅+⋅
⋅−
=ππ
ππ
[m] (4.77)
'DF�� VH� UHLD� FDOFXOXO� GH� YHULILFDUH� FX� DFHVWH� GLPHQVLXQL�� VH� UHFDOFXOHD]��
'cII
'cI
'R Q,Q,Q úL�VH�GHWHUPLQ��� '
ft �úL� 'cIt .
�����&DOFXOXO�WHUPLF�DO�FD]DQXOXL�FX� HYL�FX�LQFOLQDUH�PDUH��WLS�&5�� �������'HVFULHUHD�FD]DQXOXL��HOHPHQWH�FRPSRQHQWH��PRG�GH�IXQF LRQDUH� &D]DQHOH� FX� HYL� FX� vQFOLQDUH� PDUH�� WLS� &5� �FD]DQH� GH� UDGLD LH�� sunt cazane DFYDWXEXODUH�� FX� GRX�� WDPEXUXUL�� XQ� GUXP� FRQYHFWLY� úL� SUHvQF�O]LWRU� GH� DHU�� 3URGXF�DEXU� VDWXUDW� úL� IXQF LRQHD]�� FX� JD]H� QDWXUDOH� VDX� FX� FRPEXVWLELO� OLFKLG�� 3ULQFLSDOHOH�elemente componente sunt prezentate în schema din figura 4.5. $FHVWH�FD]DQH�DX� HYLOH�ILHUE�WRDUH�DOH�HFUDQHORU�úL�VLVWHPXOXL�FRQYHFWLY�OHJDWH�GLUHFW�OD�WDPEXUXUL�úL�R�vQFOLQDUH�PHUJkQG�SkQ��OD�YHUWLFDOLWate. Acest mod de prindere DVLJXU��R�EXQ��FLUFXOD LH�LQWHULRDU��D�DSHL�úL�HPXOVLHL�vQ�FD]DQ� ÌQ�WHKQLFD�PRGHUQ��DX�OXDW�H[WLQGHUH�WRW�PDL�PDUH�FD]DQHOH�FX� HYi cu înclinare PDUH�FX�ÄSHUHWH�PHPEUDQ�´�DYkQG� HYLOH�DO�WXUDWH�VXGDWH cu platbande. Se înlRFXLHúWH DVWIHO� ]LG�ULD� JUHRDLH� D� FD]DQXOXL� FX� XQ� VWUDW� WHUPRL]RODQW� SURWHMDW� FX� WDEO�� úL� VH�P�UHúWH�VXEVWDQ LDO�WUDQVIHUXO�UDGLDQW�vQ�IRFDU��GH�DLFL�úL�GHQXPLUHD�GH cazare tip CR). 7HKQLFD� VXGXULL� DXWRPDWH� FX� VWUDW� SURWHFWRU� GH� IOX[� VDX� vQ� FXUHQW� GH� vQDOW��IUHFYHQ �� HVWH�ELQH�SXV�� OD�SXQFW�úL�DVWIHO�ÄSHUH LL�PHPEUDQ�´�VXQW�HFRQRPLFL�úL� I�U��defecte. (WDQúHLWDWHD�SHUIHFW�� vQ�IRFDU�SHUPLWH�DUGHUHD�FRPEXVWLELOXOXL�OLFhid sau gazos VXE�SUHVLXQH�vQ�YHGHUHD�LQWHQVLILF�ULL�SURFHVHORU�GLQ�IRFDU�úL�UHDOL]�ULL�XQRU�YLWH]H�PDUL�GH�FLUFXOD LH�D�JD]HORU�GH�DUGHUH�vQ�drumurile convective. *D]HOH� GH� DUGHUH� VFKLPE�� F�OGXU�� SULQ� UDGLD LH� vQ� IRFDU, parcurg lungimea IRFDUXOXL�úL�GDWRULW��WLUDMXOXL�VXQW�REOLJDWH�V��WUHDF��vQ�VLVWHPXO�ILHUE�WRU�FRQYHFWLY��De aici parcurg� GLQ� QRX� OXQJLPHD� FD]DQXOXL� úL� VXQW� SUHOXDWH� GH� canalul de colectare� úL�LQWURGXVH�vQ� HYLOH�SUHvQF�O]LWRUXOXL�GH�DHU��/D�LHúLUH�sunt aspirDWH�GH�F�WUH un exhautor úL�HOLminate la�FRú� Astfel de cazane pot produce 5 – 50 t/h abur cu presiuni de 8 – 30 bar.
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
171
���HFUDQ�ODWHUDO�����HFUDQ�VSDWH�����ILHUE�WRU�FRQYHFWLY�����FDQDO�JD]H�VSUH�3$�����SUHvQF�O]LWRU�GH�DHU�����WDPEXU�VXSHULRU�����tambur iQIHULRU�����FRQGXFW��GH�DEXU�����FDQDO�GH�DHU������FROHFWRU�HFUDQ�VSDWH������DU]�WRU������DOLPHQWDUH�FX�DS���13. purje.
)LJ��������&D]DQ�FX� HYL�FX�vQFOLQDUH�PDUH
4.2.2. Tema de proiectare
7HPD�GH�SURLHFWDUH�LPSXQH�XUP�WRDUHOH�GDWH��
- debitul cazanului : Dh [t/h] sau D [kg/s] ; - presiunea aburului saturat : ps [bar] ; - titlul aburului: $; - temperatura apei la intrarea în cazan: ti [
0C]; - FRPSR]L LD�FRPEXVWLELOXOXL�XWLOL]DW��OLFKLG�VDX�JD]RV��; - IRFDUXO�IXQF LRQHD]��vQ�VXSUDSUHVLXQH�VDX�vQ�GHSUHVLXQH; - cazaQ�FX�SUHvQF�O]LWRU�GH�DHU�; - temperatura de prHvQF�O]LUH�D aerului: tpa [
0C]; - WHPSHUDWXUD�DHUXOXL�LQWURGXV�vQ�SUHvQF�O]LWRU���Wa [0C]; &D]DQXO� IXQF LRQHD]�� vQ� VXSUDSUHVLXQH� úL� FRHILFLHQWXO� GH� H[FHV� GH� DHU� HVWH�
constant pe traseul gazelor de ardere αf = αsfc = α1 =1,05 – 1,15. Coeficientul de exces GH� DHU� � vQ� SUHvQF�O]LWRUXO� GH� DHU� SRDWH� V�� FUHDVF�� �� αPA = α2 = α1� �� ����� GDF��VXSUDSUHVLXQHD� GLQ� IRFDU� DVLJXU�� R� SUHVLXQH� ]HUR� VDX� QHJDWLY�� OD� LHúLUHD� JD]HORU� GLQ�focar.
a hF bhC lF
1
2
2
3
3
4
5 6
7
8 9
10
11
12
13
14
4. CALCULUL TERMIC AL CAZANELOR DE ABUR
172
ConforP� LQGLFD LLORU� GLQ� FDSLWROXO� �� se HIHFWXHD]�� FDOFXOXO� DUGHULL�FRPEXVWLELOXOXL��6H�GHWHUPLQ�� ig0 H,V,V
o�úL�VH�WUDVHD]��GLDJUDPHOH�,-t sau cp – t.
�������&DOFXOXO�UDQGDPHQWXOXL�WHUPLF�DO�FD]DQXOXL�úL�D�GHELWXOXL�GH�FRPEXVWLELO� $FHVWH�FD]DQH�IXQF LRQHD]��QXPDL�FX�FRPEXVWLELO�JD]RV�VDX�OLFKLG��GHFL�Tmec=0 úL�Tcen=0) . a). 3LHUGHUHD�VSHFLILF��GH�F�OGXU��SULQ�HQWDOSLD�JD]HORU de ardere�OD�FRú )LLQG�XQ�FD]DQ�GH�DEXU�FX�VXSUDIH H�DX[LOLDUH��VH�DGPLWH�LQL LDO�R�WHPSHUDWXU��OD�FRú FDOFXODW� cu formula H[SHULPHQWDO� de optimizare :
h
cosD
t100
160 +≅ [0C] (4.78)
Din diagrama I-W�VH�DIO��YDORDUHD�HQWDOSLHL�JD]HORU�GH�DUGHUH�OD�FRú��
),t(fI coscoscos α= (QWDOSLD� DHUXOXL� WHRUHWLF� GH�DUGHUH� VH�FDOFXOHD]�� SHQWUX� WHPSHUDWXUD�DPELDQW��� ta=20 0C; apaao tcVI 0=
5H]XOW��SLHUGHUHD�VSHFLILF��OD�FRú�� )II(
Hq aocoscos
i
cos α−=1
(4.79)
b) 3LHUGHUHD�VSHFLILF��GH�F�OGXU��SULQ�DUGHUH�LQFRPSOHW��GH�QDWXU��FKLPLF� În proiectare se admite o pierdere prin arGHUH� LQFRPSOHW��� FD]DQXO� Iiind cu HFUDQDUH�PDUH�úL�DU]�WRUXO�GH�vQDOW��SHUIRUPDQ �:
0010,qch = c) 3LHUGHUL�VSHFLILFH�GH�F�OGXU��SULQ�VXSUDIe ele exterioare ale cazanului 6H�SRDWH�XWLOL]D�UHOD LD�DSUR[LPDWLY�� 5185021087975 ,
hext D,q −−×= pentru cazane de abur cu�VXSUDIH H�DQH[H� d) Randamentul cazanului 6H�FDOFXOHD]��FX�UHOD LD�: )qqq( extchcos ++−= 1η úL�
%% ηη ⋅= 100
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
173
e) Consumul de combustibil $GPL kQG�F��GHELWXO�GH�SXUM���vQ�FRQGL LLOH�XQHL�DSH�ELQH�WUDWDWH��este de 3% din debitul de abur al cazanului:
Dp=0,03•D .
'LQ�WDEHOHOH�GH�SURSULHW� L�WHUPRGLQDPLFH�DOH�DEXUXOXL�(Anexa 4��VH�GHWHUPLQ���pentru presiunea aburului ps �XUP�WRDUHOH�P�ULPL��
- WHPSHUDWXUD�GH�VDWXUD LH� - ts
- entalpia aburului saturat uscat - i”
- HQWDOSLD�DSHL�OD�VDWXUD LH� - i’
- HQWDOSLD�DSHL�OD�LQWUDUH��FRUHVSXQ]�WRDUH�WHPSHUDWXULL ti :
io=4,186•ti (kJ/kg)
Deoarece aburul are un titlul c��HQWDOSLD�ILQDO��D�DEXUXOXL�HVWH�� 'i)(''ii ⋅−+⋅= χχ 1 (4.80) Deoarece pentru cazanele de acHVW�WLS�QX�VH�XWLOL]HD]��LQMHFWRDUH�GH�FRPEXVWLELO�OLFKLG�FX� LQMHF Le de abur�� UH]XOW� Winj ���(YLGHQW�úL� vQ�FD]XO�FRPEXVWLELOXOXL�JD]RV�Winj =0. 'H� DVHPHQHD� VH� LD� vQ� FRQVLGHUDUH� F�� SHQWUX� FRPEXVWLELO� OLFKLG� VDX� JD]RV�qmec ��úL�GHFL�B* =B . 5H]XOW��F��:
i
opo
H
)i'i(D)ii(DB
⋅
−⋅+−⋅=
η [u.c.*/s] (4.81)
*(unitati de combustibil) �������%LODQ XO�GH�DQVDPEOX�DO�FD]DQXOXL� )OX[XO�GH�F�OGXU��XWLO�DO�FD]DQXOXL�HVWH��� )i'i(D)ii(DQ opout
−⋅+−⋅= (4.82)
Fluxul�GH�F�OGXU��DGXV�GH�FRPEXVWLELO: ic HBQ ⋅= (4.83) Fluxul de c�OGXU��DGXV�FX�DHUXO�DWPRVIHULF:
apacosa tcVBQ ⋅⋅⋅⋅= 0α (4.84)
4. CALCULUL TERMIC AL CAZANELOR DE ABUR
174
)OX[XO�GH�F�OGXU��DGXV�SULQ�SUHvQF�O]Lrea aerului:
)tt(cVBQ apapafPA −⋅⋅⋅⋅= 0α (4.85)
)OX[XO�GH�F�OGXU��SLHUGXW�OD�FRú�� coscos IBQ ⋅= (4.86) )OX[XO�GH�F�OGXU��pierdut�SULQ�DUGHUH�LQFRPSOHW��GH�QDWXU��FKLPLF� :
ichch HBqQ ⋅⋅= (4.87) )OX[XO�GH�F�OGXU��SLHUGXW�VSUH�H[WHULRU��� iextext HBqQ ⋅⋅= (4.88)
5H]XOW��WDEHOXO�Ge�ELODQ �����
Tabelul 4.5. Combustibil – pierderi Util
Qc
Qa + QPA
- QFRú - Qinc
- Qext
Qut
QPA
∑ = 'QQ ''QQ∑ =
1RW��� vQ� DFHVW� ELODQ � �-q2BHi) s-a scris sub forma: (-BIFRú+BαFRúV0cpata); deci
IRUPD�H[SOLFLW���
6H�GHILQHúWH�HURDUHD�UHODWLY��� %100'Q
''Q'Q −=ε úL� VH� YHULILF�� HURDUHD�
PD[LP��DGPLVLELO��GH���� 'DF��HURDUHD�HVWH�PDL�PDUH�H[LVW��R�JUHúHDO��GH�FDOFXO�� �������&DOFXOXO�WHPSHUDWXULL�úL�HQWDOSLLORU�JD]HORU�GH�DUGHUH�SH�WUDVHX
(QWDOSLD�WHRUHWLF��GH�DUGHUH�VH�FDOFXOHD]��FX�IRUPXOD�� apafchit tcV)q(HI 01 α+−⋅= [kJ/u.c.] (4.89a)
DSRL�VH�GHWHUPLQ��WHPSHUDWXUD�WHRUHWLF��GH�DUGHUH�GLQ�GLDJUDPD�,-t :
),I(ft fttα= [oC].
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
175
6H�DOHJH�WHPSHUDWXUD�OD�FDS�WXO�IRFDUXOXL�tf = 900 ÷ 1100 0C aceste valori fiind normale pentru focare de cazane mari de abur. Se GHWHUPLQ� apoi din diagrama I-t
entalpia gazelor de ardere OD�FDS�WXO�IRFDUXOXL�� If =f(tf,αf) . )OX[XO�GH�F�OGXU��SUHOXDW�SULQ�UDGLD LH�vQ�IRFDU�YD�IL: )II(B)q(Q ftextR −⋅⋅−= 1 [kW] (4.89b)
)OX[XO�GH�F�OGXU��FDUH�VH�SUHLD�vQ�VLVWHPXO�ILHUE�WRU�vQ�DQVDPEOX�HVWH��
)i'i(D)ii(DQ oposf −⋅+−⋅= [kW] (4.90)
iar�IOX[XO�GH�F�OGXU��FDUH�VH�SUHLD�vQ�VLVWHPXO�ILHUE�WRU�FRQYHFWLY�HVWH: Rsfsfc QQQ −= [kW] (4.91)
Entalpia gazelor de ardere lD�VIkUúLWXO�VLVWHPXO�ILHUE�WRU�convectiv este:
B)q(
QII
ext
sfc
fsfc ⋅−−=
1 [kJ/u.c.] (4.92)
úL�GLQ�GLDJUDPD�,-W�UH]XOW��WHPSHUDWXUD�� ),I(ft sfcsfcsfc α= [0C].
)OX[XO�GH�F�OGXU��SUHOXDW�GH�SUHvQF�O]LWRUXO�GH�DHU�HVWH�� )tt(cVBQ aPApafPA −⋅⋅⋅⋅= 0α [kW] (4.93)
Entalpia gazeORU�GH�DUGHUH�OD�VIkUúLWXO�SUHvQF�O]LWRUXOXL�GH�DHU�HVWH��
B)q(
III
ext
PAsfcPA −
−=1
[kJ/u.c.] (4.94)
úL�GLQ�GLDJUDPD�,-W�UH]XOW��WHPSHUDWXUD�� ),I(ft PAPAPA α= [0C]. ÌQFKLGHUHD�ELODQ XOXL�LPSXQH�� IPA=IFRú��úL�tPA=tFRú úL�VH�DGPLW�HURULOH�relative :
(%)I
II
t
PAcos
I 100⋅−
=ε � 0,5 %
úL� (%)t
tt
t
PAcos
t 100−
=ε � 0,5 % (4.95)
(URUL� PDL� PDUL� LQGLF�� R� JUHúHDO�� � GH� FDOFXO�� ÌQ� ILQDO� VH� vQWRFPHúWH� WDEHOXO�centralizator 4.6. Tabelul 4.6.
4. CALCULUL TERMIC AL CAZANELOR DE ABUR
176
Temperatura gazelor 6XSUDID D )OX[�GH�F�OGXU� intrare LHúLUH
Focar Convectiv I Convectiv II
QR Qsfc QPA
tt tf
tsfc
tf tsfc tFRú
�������%LODQ XO�JUDILF�DO�FD]DQXOXL 'HELWHOH� GH� F�OGXU�� GLQ� WDEHOHOH� ���� úL� ���� VH� WUDQVSXQ� JUDILF�� OD� VFDU��� GXS��modelul general prezentat în capitolul 2 figura 2.3 (cu B*=B, QSI=0; Qec=0; qmec ��úL�qcen=0). 4.2.7. Calculul termic la focarului
)RFDUXO�GH�WLS�FDPHU��DUH�XUP�WRDUHOH�GLPHQVLXQL��
Fig. 4.6. Dimensiuni focar
Acest calcul are ca scop determinarea suprafH HL�GH�UDGLD LH�SR�FDSDELO��V��SUHLD�GHELWXO� GH� F�OGXU�� UDGLDQW� QR. Deoarece în calcule intervine gradul de ecranare
=
per
R
S
SΨ �úL�OXQJLPHD�GH�UDGLD LH�
⋅=
per
f
S
Vs 4 , este necesar un calcul interativ. Se
SRUQHúWH�FX�R�YDORDUH�DSUR[LPDWLY��S’R�FDUH��vQ�ILQDO��VH�YD�FRPSDUD�FX�FHD�UH]XOWDW��din calcul SR.
'
RS �SRDWH�IL�DSUHFLDW��SULQ�GRX��PHWRGH�� a) Se admite un flux unitar radiant qR=30 ÷ 50 kW/m2
~500
60
60
h
h’
h”
A
A
A
Sectiunea A-A
A
l
L
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
177
úL�UH]XOW�� '
RS =QR /qR [m2] b) Se calFXOHD]��VXSUDID D�SUHOLPLQDU��GH�UDGLD LH�vQ�IRFDU�FX�UHOD LD��
−
⋅⋅
=44
1001007655 pf
R'
R
TT,
QS
ε [m2] (4.96)
cu : ε = 0,65 pentru combustibil gazos
ε = 0,75 pentru combustibil lichid
Tf = tf + 273 [K]
Tp = ts + 273 [K] Pentru alegerea dimensiunilor focaUXOXL��VH�FDOFXOHD]��YROXPXO�IRFDUXOXL�GLQWU-R�FRQGL LH�GH�vQF�UFDUH�WHUPLF��YROXPHWULF��DGPLVLELO��� 250150 ÷=vq [kW/m3] (4.97) úL�UH]XOW���
v
i
v
cf
q
HB
q
QV
⋅== [m3] (4.98)
Se alege apoi un raport de laturi Ah ⋅÷≅ )43(
úL�VH�GHWHUPLQ��ODWXULOH�GLQ�UHOD LD�� LhAV f ⋅⋅=
/DWXULOH� VH� URWXQMHVF� OD� YDORULOH� vQWUHJL� GH� ]HFLPL� GH� PHWUX�� 'DF�� ODWXULOH� DX�GLPHQVLXQL�SUHD�GLIHULWH�GH�VROX LLOH�X]XDOH�VH�DOHJH�DOW��vQF�UFDUH�WHUPLF��D�IRFDUXOXL� &XQRVFkQG�F��VXSUDID D�SHUH LORU�IRFDUXOXL�HVWH�� hAL
cos
ALhLhS
o
'"
per ⋅⋅+⋅⋅+⋅+⋅= 26
2 [m2]
úL�F��Jrosimea stratului radiant de gaze este :
per
f
S
Vs ⋅= 4 [m] (4.99)
sH�FDOFXOHD]��FDUDFWHULVWLFD�UDGLDQW��D�JD]HORU�GH�DUGHUH�GLQ�IRFDU��
)pp(T
,s)pp(
p,,k ROOH
f
ROOH
OH
g 22
22
2
10003801
6180+⋅
⋅−⋅
⋅+
⋅+= (4.100)
Valorile lui OHp2���úL�
2ROp s-au calculat pentru α1 = αf�FX�UHOD LLOH��
4. CALCULUL TERMIC AL CAZANELOR DE ABUR
178
g
fg
OH
OH pV)(V
Vp
o 012
2 −+=
α ; g
fg
RO
RO pV)(V
Vp
o 012
2 −+=
α (4.101)
cu : pg =1 bar. 6H�FDOFXOHD]��FRHILFLHQWXO�GH�DEVRUE LH�DO�JD]HORU�Ge ardere din focar :
sk
g
gea⋅−−= 1 (4.102)
6H�FDOFXOHD]��FDUDFWHULVWLFD�UDGLDQW��D�IO�F�ULL�FX�UHOD LD�DSUR[LPDWLY��� 5,0
1000
T6,1k f
fl −⋅= (4.103)
úL�FRHILFLHQWXO�GH�DEVRUE LH�DO�IO�F�ULL�FX�UHOD LD��
sk
fl
flea⋅−−=1 (4.104)
PondHUHD�DEVRUE LHL�IO�F�ULL�FX�FHD�D�PHGLXOXL�UDGLDQW�GH�JD]H�GH�DUGHUH�VH�IDFH�
GXS��FULWHULL�experimentale�FRQVLGHUkQG�R�SURSRU LH��GLQ�YROXPXO�IRFDUXOXL��RFXSDW��GH�SDUWHD�OXPLQRDV��D�IO�F�ULL���β - coeficient de luminozitate) .
&RHILFLHQWXO�GH�DEVRUE LH�DO�IO�F�ULL�úL�JD]HORU�GH�DUGHUH�VH�FDOFXOHD]��FX�UHOD LD� gfl a)(aa ⋅−+⋅= ββ 1 (4.105)
cu β = 0,2 –�����SHQWUX�IODF�U��OXPLQRDV��GH�FRPEXVWLELO�JD]RV��úL β� �����SHQWUX�IODF�U��SURGXV��GH�FRPEXVWLELO�OLFKLG�
Gradul de ecranare al focarului este :
per
'
R
S
S=Ψ §�� (4.106)
úL�PXUG�ULUHD�VXSUDIH HORU�� ξ = 0,7 ÷ 0,9 combustibil gazos
ξ = 0,6 ÷ 0,7 combustibil lichid &X�DFHVWH�YDORUL�VH�FDOFXOHD]��FDUDFWHULVWLFD�UDGLDQW��D�IRFDUXOXL�� ξΨ ⋅⋅−+
⋅=
)a(a
a,a f 1
820 (4.107)
2� DOW�� FDUDFWHULVWLF�� D� IRFDUXOXL�� IDFWRUXO� GH� SR]L LH� D� IO�F�ULL� vQ� IRFDU�� SHQWUX�combustibil lichid sau gazos�VH�GHWHUPLQ��FX�UHOD LD:
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
179
foc
arzMM
H
hbaM ⋅−= (4.108)
cu : aM = 0,52; bM = 0,3; foc
arz
H
h =�FRQIRUP�VFKL ��IRFar §�
3
1.
&X�DFHVWH�GDWH�VH�GHWHUPLQ��VXSUDID D�GH�UDGLD LH�D�IRFDUXOXL��
32
2
38
11
107655 MT
T
TTaM,
QS
f
t
tff
RR ⋅
−⋅
⋅⋅⋅⋅⋅⋅= − ξ
[m2] (4.109)
unde Tt�HVWH�WHPSHUDWXUD�WHRUHWLF��GH�DUGHUH��tt+273) [K].
$FHDVW�� VXSUDID �� YD� IL� GLIHULW�� GH� '
RS � GHWHUPLQDW�� vQ� FDOFXOXO� DSUR[LPDWLY��'DF��GLIHUHQ D�HVWH�PDL�PDUH�GH��� % se reia calculul cu valori modificate pentru ψ (pentru calcule automate�GLIHUHQ D�HVWH�GH��PD[� 1 % ). 6XSUDID D� SHUH LORU� HFUDQD L� �VROX LD� FX� ]LG�ULH�� YD� IL� GLIHULW�� GH� SR datRULW��FRHILFLHQWXOXL�VXEXQLWDU�GH�HILFLHQW��D�HFUDQHORU�GH�SHUHWH�( χ ). Amplasarea ecranelor se face astfel : a) Ecranul de tavan (VWH� FRQVWLWXLW� GLQ� HYLOH� VHPLvQJURSDWH� DOH� WDYDQXOXL�� �HYLOH� GH� HFUDQH� OD�FD]DQXO�FX� HYL�FX�vQFOLQDUH�PDUH�DX�GLPHQsiunea : φ 51×3; φ 51×5; φ 57×3; φ 57×5; φ 60×3; φ 60×5 Se alege pasul ecranelor :
8121 ,,d
s÷= cu d –�GLDPHWUXO�H[WHULRU�DO� HYLL�
Pasul este� IRDUWH� PLF� SHQWUX� FD� U�FLUHD� ]LG�ULHL� V�� VH� IDF�� IRDUWH� LQWHQV� úL�JURVLPHD�QHFHVDU��a ]LG�ULHL�V��ILH�PLF�� $VWIHO� OD� FD]DQHOH�&5�� JURVLPHD� ]LG�ULHL� IRFDUXOXL� HVWH� ����PP�� ID �� GH� DOWH�cazane la care grosimea ajunge la 300 – 500 mm. Din diagrama din figura� ���� UH]XOW�� YDORDUHD� FRHILFLHQWXOXL� GH� HILFLHQ �� χ al ecranului.
4. CALCULUL TERMIC AL CAZANELOR DE ABUR
180
)LJ�������'LDJUDPH�GH�FDOFXO�SHQWUX�FRHILFLHQ LL�GH�HILFLHQW��DL�HFUDQHORU
6XSUDID D�HFUDQDW���HVWH: 06
1
cosLASa ⋅= (4.110)
b) Ecranul lateral stânga eVWH� vQ� FRQWLQXDUHD� HFUDQXOXL� GH� WDYDQ� GDU� HYLOH� Qu mai sunt semiîngropate ci sunt GLVWDQ DWH�ID ��GH�SHUHWH�OD�GLVWDQ D�s =(1,2 ÷ 1,8)d. 'LQ�GLDJUDPD�ILJXULL�����UH]XOW���FRHILFLHQWXO�GH�HILFLHQ ��χ al ecranului.
(ILFLHQ ��HFUDQ�GH�UDGLD LH�VHPLvQJURSDW
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6
s/d
X
(ILFLHQ ��HFUDQ�GH�UDGLD LH�GLVWDQ DW
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6
s/d
X
s d
s d
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
181
6XSUDID D�HFUDQDW��HVWH��� L"hSb ⋅= (4.111)
Cu: h”=h+206
2tg
A
c). Ecranul lateral dreapta Este un ecran independent, legat la tamburi. 'LQ� PRWLYH� FRQVWUXFWLYH� GLDPHWUXO� úL� SDVXO� HYLORU� VH� S�VWUHD]�� DFHODúL� FD� OD�HFUDQXO�VWkQJD��7RWXúL��GDF��HVWH�QHFHVDU��VH�SRDWH�P�UL�SDVXO��QHILLQG�LPSXVH�FRQGL LL�GH�U�FLUH�D�]LG�ULHL� 'LQ�GLDJUDPD�ILJXULL�����UH]XOW��FRHILFLHQWXO�GH�HILFLHQ ��χ al ecranului.
6XSUDID D�HFUDQDW��HVWH��� L'hSb ⋅= (4.112)
Cu: h’=h-206
2tg
A
d) Ecranul spate (VWH�XQ� HFUDQ� OHJDW� SULQ�GRX� colectoare exterioare de tamburi. Montarea lui DUH�vQ�VSHFLDO�UROXO�GH�U�FLUH�D�SHUHWHOXL�GLQ�VSDWH��GDU�SRDWH�V��úL�OLSHDVF�� Tot�GLQ�PRWLYH�FRQVWUXFWLYH�VH�UHFRPDQG��PHQ LQHUHD diametrului�úL�SDVului de DúH]DUH�GH�OD celelalte ecrane de perete. Din�GLDJUDPD�ILJXULL�����UH]XOW��FRHILFLHQWXO�GH�HILFLHQ ��χ al ecranului.
6XSUDID D�HFUDQDW��HVWH��� LhSb ⋅= e) Ecranul ID �
(VWH�XQ� HFUDQ� OHJDW� SULQ�GRX�� FROHFWRDUH� H[WHULRDUH�GH� WDPEXUL�� �0RQWDUHD� OXL�DUH�vQ�VSHFLDO�UROXO�GH�U�FLUH�D�SHUHWHOXL�ID ��DYkQGX-VH�JULM��V��VH�SUHYDG��VSD LL�vQWUH� HYL� SHQWUX� DPSODVDUHD� DU]�WRDUHORU�� 6SD LLOH� GLQWUH� HYL� VH� UHDOL]HD]�� SULQ� VF�GHUHD�SDVXOXL� GH� DúH]DUH� GH� R� SDUWH� úL� GH� DOWD� D� ]RQHL� GH� DPSODVDUH� D� DU]�WRUXOXL�� )RUPD� HYLORU�QX�YD�PDL�IL�GUHDSW��ci va avea bucle cu îndoiri specifice rezultate constructiv. 6XSUDID D�HFUDQDW��HVWH�DFHHDvL�FX�FHD�D�SHUHWHOXL�VSDWH��
4. CALCULUL TERMIC AL CAZANELOR DE ABUR
182
În final se vQWRFPHúWH un tabel centralizator (4.7) al ecranelor . Tabelul 4.7.
Amplasare ecran Dimensiuni
[m] 6XSUDID D
Si [m2]
Coeficient de
HILFLHQW����χ i
6XSUDID D�GH�UDGLD LH�Si χ i
[m2] Tavan Perete lateral stânga Perete lateral dreapta Perete spate 3HUHWH�ID �
∑ ii xS
7UHEXLH�V��VH�UHDOL]H]H�� ∑ ii xS
RS≥ (4.113)
'DF�� VH� UHQXQ �� OD� VROX LD� GH�]LG�ULH� vQ� IDYRDUHD� VROX LHL�GH�SHUHWH�PHPEUDQ��
FDOFXOHOH� U�PkQ� YDODELOH� FX� SUHFL]DUHD� F�� SHQWUX� WRDWH� VXSUDIH HOH� FRHILFLHQ LL� GH�HILFLHQ ��Di ecranelor devin egali cu 1.
'DF��∑ ii xSRS> se va reduce lungimea de ecranare L��VDX�VH�SRDWH�UHQXQ D�
la ecranul de fund.
'DF�� ∑ ii xSRS< � VXSUDID D� SHUH LORU� QX� HVWH� VXILFLHQW�� SHQWUX� DPSODVDUHD�
HFUDQHORU� � úL� WUHEXLH� DOHV� XQ� IRFDU� PDL� PDUH�� &DOFXOul se reia de la început cu o vQF�UFDUH�WHUPLF��YROXPHWULF��qv�PDL�PLF��
'XS�� VWDELOLUHD� P�ULPLORU� JHRPHWULFH� DOH� HFUDQHORU� VH� FDOFXOHD]�� QXP�UXO� GH�
HYL� SHQWUX� ILHFDUH� HFUDQ�� SULQ� vPS�U LUHD� O� LPLL� SHUHWHOXL� OD� SDVXO� GH� HFUDQDUH� s. Se face apoi R�VHF LXne OD�VFDU��D�IRFDUXOXL�HFUDQDW�
�������&DOFXOXO�WHUPLF�OD�VLVWHPXOXL�ILHUE�WRU�FRQYHFWLY� 'UXPXO� FRQYHFWLY� HVWH� GHWHUPLQDW� GLQ� FDOFXOHOH� DQWHULRDUH� SULQ� XUP�WRULL�parametrii : Qsfc –�IOX[�GH�F�OGXU���[kW] ;
tf – temperatura gazelor la intrare;
tsfc –�WHPSHUDWXUD�JD]HORU���OD�LHúLUH���� tsat –�WHPSHUDWXUD�IOXLGXOXL�OD��VDWXUD LH�
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
183
3HQWUX� VWDELOLUHD� VHF LXQLL� GH� WUHFHUH� D� JD]HORU� GH� DUGHUH� VH� DOHJH� GLDPHWUXO� HYLORU� GUXPXlui convectiv din gama X]XDO�� GH� HYL� φ 60×3; φ 57×3 sau φ 51×�� úL�pasul relativ transversal 8131 ,,
d
s÷= .
6H� DOHJH� LQL LDO� GLDPHWUXO� HYLORU� úL� YLWH]D� GH� FLUFXOD LH� D� JD]HORU� GH� DUGHUH� vQ�limitele economice : w’=10 ÷ 15 m/s 6HF LXQHD�QHFHVDU��GH�WUHFHUH�D�JD]HORU�GH�DUGHUH�YD�IL��
273
273+⋅= mgg
sfc
t
'w
BVA [m2] (4.114)
unde: Vg s-D�FDOFXODW�FX�UHOD LD� 01 V)(VV sfcgg o⋅−+= α .
tmg – este temperatura medie a gazelor de ardere :2
sfcf
mg
ttt
+= [0C]
*HRPHWULF��VHF LXQHD�GH�WUHFHUH�OLEHU��HVWH��
−⋅⋅=
−=
11
1 1s
dh'bh
s
ds'bAsfc (4.115)
úL�UH]XOW��O� imea provizorie a canalului convectiv :
−
=
1
1s
dh
A'b
sfc
[m] (4.116)
úL�QXP�UXO�GH� HYL�SH���UkQG�� 21'
11 +
−=
s
bn r -�VH�URWXQMHúWH�OD�QXP�UXO�vQWUHJ�FHO�
mai apropiat. Uzual : rn1 = 4÷�� HYL�� 'DF�� r1n este în afara acestui domeniu se UHFRPDQG��UHFDOFXODUHD�FX�R�vQ�O LPH�K�GLIHULW���DVWIHO�încât�V��VH�UHVSHFWH�LQWHUYDOXO� 5H]XOW��O� LPHD�UHDO��D�FDQDOXOXL�FRQYHFWLY�� ( ) 11 1 snb r ⋅+= [m] ÌQ�ILQDO�VH�UHFDOFXOHD]��YLWH]D�JD]HORU�GH�DUGHUH :
)(
273
273
1 dnbh
tVB
wr
mg
g
⋅−⋅
+⋅⋅
= [m/s] (4.117)
Pentru temperatura medie a gazelor de ardere tmg� VH� GHWHUPLQ�� GLQ� DQH[a 9
XUP�WRDUHOH�YDORUL��
4. CALCULUL TERMIC AL CAZANELOR DE ABUR
184
- YkVFR]LWDWHD�FLQHPDWLF�� ν [m2/s]
- FRQGXFWLELOLWDWHD�WHUPLF�� λ [W/mK]
- criteriul Prandtl Pr apoL�VH�GHWHUPLQ��FULWHULXO�KLGURGLQDPLF�� υ
ee
dwR
⋅=
úL�VLPSOH[XULOH�GH�OXQJLPL��� .s
s;
d
s;
d
s
ee 2
121 Pentru
ed
s2 se aleg valori de 1,7 ÷ 2,2.
&RUHF LD�GH�DúH]DUH�D�IDVFLFROXOXL�HVWH��
150
2
,
ed
sc
−
=σ pentru coridor
61
2
1
/
s
sc
=σ SHQWUX�HúLFKHU�FX�
2
1
s
s < 2
121,c =σ SHQWUX�HúLFKHU�FX�2
1
s
s ≥ 2
6H�FDOFXOHD]��DSRL�FRHILFLHQWXO�GH�VFKLPE�GH�F�OGXU��SULQ�FRQYHF LH�OD�VF�OGDUH�WUDQVYHUVDO��D�IDVFLFROXOXL�vQ�HúLFKHU��vQ�LSRWH]D�� 103 < Re < 105
250
33060410
,
rp
r,,
tP
PPrRec
d,
⋅⋅⋅⋅⋅= σ
λα [W/m2K] (4.118)
tcN
,N αα ⋅−
=70
(4.119)
'HRDUHFH�QXP�UXO�GH�UkQGXUL�HVWH�GH�RELFHL�N >15; tc αα ≅ . &RHILFLHQWXO�GH�VFKLPE�GH�F�OGXU��SULQ�UDGLD ie este determinat de parametrii :
* OHp2� �úL�
2ROp �FDOFXOD L�vQ�FDSLWROXO���������UHOD LD���������úL�VH�FDOFXOHD]��pentru sfc
αα = .
* s – grosimea stratului radiant, care va fi :
d,d
s
d
s,s ⋅
−
+⋅= 14871 21
[m] (4.120)
&RQVWDQWD�GH�UDGLD LH��D�JD]HORU�HVWH��
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
185
)pp(T
,s)pp(
p,,k ROOH
mg
ROOH
OH
g 22
22
2
10003801
6180+⋅
⋅−⋅
⋅+
⋅+= (4.121)
cu Tmg = tmg + 273 [K] iar coeficientul de emisie al gazelor de ardere :
sk
g
gea⋅−−= 1 (4.122)
Coeficientul de schimb de F�OGXU��SULQ�UDGLD LH�VH�FDOFXOHD]��FX�UHOD LD��
−
−
⋅⋅⋅+
⋅⋅=α −6,3
mg
p
mg
p
3mgg
p8r
T
T1
T
T1
Ta2
1a10765,5 [W/m2K] (4.123)
XQGH� SHQWUX� FRHILFLHQWXO� GH� DEVRUE LH� DO� SHUHWHOXL� VH� LD� YDORDUHD� ap ����� úL� SHQWUX�WHPSHUDWXUD�DEVROXW��D�SHUHWHOXL� HYLL��
27320 ++=satp tT [K] (4.124)
Coeficientul de WUDQVIHU�GH�F�OGXU��HVWH�: rci αωαα += (4.125)
cu ω=0,95 ÷������SHQWUX�VF�OGDUHD�LPSHUIHFW��D�IDVFLFROXOXL�� &RHILFLHQWXO�JOREDO�GH�VFKLPE�GH�F�OGXU��HVWH��
i
ikαε
α⋅+
=1
(4.126)
cu valorile SHQWUX�FRHILFLHQWXO�GH�PXUG�ULUH�ε din tabelul 4.4. 'LIHUHQ D� PHGLH� GH� WHPSHUDWXUL� VH� GHWHUPLQ�� FRQIRUP� VFKHPHL� ILJXULL� ���� úL�UHOD LHL����������
min
max
minmaxm
t
tln
ttt
∆∆
∆∆∆ −= (4.127)
ÌQ�ILQDO�VXSUDID D�GH�VFKLPE�GH�F�OGXU��D�GUXPXOXL�FRQYHFWLY��VH�GHWHUPLQ��FX�UHOD LD���
4. CALCULUL TERMIC AL CAZANELOR DE ABUR
186
m
sfcsfc tk
QS
∆⋅= [m2] (4.128)
)LJ�������'LIHUHQ D�PHGLH�D�WHPSHUDWXULORU úL�UH]XOW��QXP�UXO�GH�UkQGXUL�GH�� HYL��
hnd
SN
re
sfc
⋅⋅⋅=
1π ;
care VH�URWXQMHúWH�OD�YDORDUH�vQWUHDJ�� Lungimea drumului convectiv este:
2sNlc ⋅= [m]. ÌQ� FD]XO� FkQG�QXP�UXO� GH� UkQGXUL� HVWH�1!���HVWH�X]XDO� V�� VH� vPSDUW�� în� GRX��SDFKHWH�IDVFLFROXO�FRQYHFWLY��FX�XQ�VSD LX�GH�YL]LWDUH� vQWUH�HOH�GH�DSUR[LPDWLY�����P��În acest caz:
502 ,sNlc +⋅= [m] . �������&DOFXOXO�WHUPLF�DO�SUHvQF�O]LWRUXOXL�GH�DHU� 3UHvQF�O]LWRUXO� GH� DHU� HVWH� GHWHUPLQDW� GLQ� FDOFXOHOH� DQWHULRDUH� SULQ� XUP�WRULL�parametrii : QPA –�IOX[�GH�F�OGXU���[kW] ;
tsfc – temperatura gazelor la intrare [oC] ;
tFRú – temperatura gazelor OD�LHúLUH��[oC] ;
t
S Ssfc
tsat
tf
tsfc
∆tmax
∆tmin
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
187
ta – temperatura aerului la intrare (ambiant) [oC] ;
tap –�WHPSHUDWXUD�DHUXOXL�SUHvQF�O]LW�OD�LHúLUH [oC] . 6ROX LD� FRQVWUXFWLY�� QX� HVWH� OHJDW�� GH� GLPHQVLXQLOH� UHVWXOXL� FD]DQXOXL�� FX�H[FHS LD�OXQJLPLL�FDUH�QX�WUHEXLH�V��GHS�úHDVF��OXQJLPHD�FD]DQXOXL� 3UHvQF�O]LWRUXO�VH�UHDOL]HD]��GLQ� HYL�VF�OGDWH�vQ�LQWHULRU�GH�JD]HOH�GH�DUGHUH�úL�vQ� H[WHULRU�� WUDQVYHUVDO�� GH� DHU�� 6H� DOHJH� XQ� GLDPHWUX� DO� HYLORU�� vQ� JDPD� YDORULORU�uzuale : N22×2; N25×2; N32×2; N38×2; N42×2; N45×2; N54×2; N57×2 6H�GHWHUPLQ��DSRL�GLDPHWUHOH�FDUDFWHULVWLFH��
- interior di [m]
- exterior de [m]
3HQWUX� FDOFXOXO� WUDQVIHUXOXL� GH� F�OGXU�� SH� SDUWHD� JD]HORU� GH� DUGHUH� VH� DOHJH� R�YLWH]��wg ��·���P�V��YLWH]��UHODWLY�PLF�,�GHRDUHFH�VXSUDID D�ILLQG�PDUH�SLHUGHULOH�GH�sarcin��ce vor rezulta sunt mari.
1XP�UXO�GH� HYL�SUHOLPLQDU�QHFHVDU�vQ�IDVFLFXO�HVWH�GDW�GH�VHF LXQHD�QHFHVDU��GH�curgere a gazelor de ardere :
273
273+⋅
⋅= m
g
g
PA
t
W
VBA [m2] (4.129)
úL�
4
2i
PA
d
A'n
π= (4.130)
unde temperatura medie a gazelor este : 2
cossfc
m
ttt
+= [0C]
úL�YROXPXO�GH�JD]H: 01 V)(VV cIgg o−+= α .
1XP�UXO�GH� HYL�VH�UHSDUWL]HD]��DSRL��ILJXUD������vQWU-R�DúH]DUH�vQ�HúLFKHU��SH�XQ��dreptunghi cu raportul laturilor hp=(1,5 – 2)•bp .
3DVXO� HYLORU� VH� DOHJH� 12712 21 ,,d
s;
d
s
ee
−== ceea ce duce la un pas pe
GLDJRQDO�� 5121 ,,d
s
e
−= .
4. CALCULUL TERMIC AL CAZANELOR DE ABUR
188
)LJ�������$úH]DUHD� HYLORU�vQ�3$
'LQ�DúH]DUH�UH]XOW��QXP�UXO�UHDO�GH� HYL�n. 6H�UHFDOFXOHD]��DSRL�YLWH]D�JD]HORU�GH�DUGHUH��
273
273
4
2
+⋅
⋅
⋅= m
i
g
g
t
dn
VBW
π [m/s] (4.131)
Pentru temperatura medie a gazelor de ardere tm� VH� GHWHUPLQ�� GLQ� DQH[a 9 XUP�WRDUHOH�YDORUL��
- YkVFR]LWDWHD�FLQHPDWLF�� ν [m2/s]
- FRQGXFWLELOLWDWHD�WHUPLF�� λ [W/mK]
- criteriul Prandtl Pr
DSRL�VH�GHWHUPLQ��FULWHULXO�KLdrodinamic : υig
e
dWR =
Valoarea simplexului de lungimi este, luând ca lungime lungimea focarului :
250
3,
i
l)d/L(
C = pentru L/di < 80
1=lC pentru L/di > 80 6H�FDOFXOHD]��DSRL�FRHILFLHQWXO�GH�VFKLPE�GH�F�OGXU��SULQ�FRQYHF LH�vQ�LSRWH]D�VF�OG�ULL�LQWHULRDUH�úL�WXUEXOHQ HL�VWDELOL]DWH��5H�≥10000 :
8035002630 ,,
r
i
lc RePd
C, ⋅⋅⋅⋅=λα [W/m2K] (4.132)
LDU�vQ�FD]XO��������5H���������VH�DSOLF��úL�FRUHF LD�VXEXQLWDU� pentru αc :
Directia de
circulatie a aerului
s
hp
bp
s2
s1
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
189
81
51061
,Re
⋅−=ε (4.133)
CoHILFLHQWXO�GH�VFKLPE�GH�F�OGXU��SULQ�UDGLD LH�VH�FDOFXOHD]��QXPDL�GDF���
2cossfc
m
ttt
+= ≥400 0C (4.134)
vQ� FDUH� FD]� PHWRGLFD� HVWH� DFHLDúL� FX� FHD� IRORVLW�� OD� VLVWHPXO� ILHUE�WRU� FRQYHFWLY��schimbându-se OHp
2,
2ROp , Tm úL 2732
++
= mam
p
ttT �� 'DF�� tm<400 0C efectul
UDGLD LHL�VH�QHJOLMHD]��úL�αr=0. Coeficientul de WUDQVIHU�GH�F�OGXU� este :
αg = αc + αr sau αg = αc (4.135) 3HQWUX� FDOFXOXO� WUDQVPLVLHL� GH� F�OGXU�� SH� SDUWHD� DHUXOXL� VH� DOHJH� VFhema de VF�OGDUH�FX�PDL�PXOWH�WUHFHUL��FRQIRUP�ILJXULL������ ÌQ�GLUHF LD�SHUSHQGLFXODU��SH�LQWUDUHD�DHUXOXL�VXQW�Q1� HYL��
11
s
hn
p= (4.136)
úL�vQ�GLUHF LD�GH�FXUJHUH�D�DHUXOXL�Q2� HYL��
22
s
hn
p= (4.137)
VLWH]D�GH�FXUJHUH�D�DHUXOXL��DFHLDúL�vQ�WRDWH�WUHFHULOH�VH�DOHJH�vQ�OLPLWHOH�� 105 ÷=aW m/s 5H]XOW��VHF LXQHD�OLEHU��QHFHVDU��WUHFHULL�DHUXOXL��
273
273+⋅
⋅⋅= am
a
fa
a
t
W
VBA
α [m2] (4.138)
cu
2
apa
am
ttt
+= [0C]
úL�GHRDUHFH�JHRPHWULF�VHF LXQHD�HVWH��
1
11
s
dslbA e
a
−⋅⋅= [m2] (4.139)
4. CALCULUL TERMIC AL CAZANELOR DE ABUR
190
sau )dnb(lA ea ⋅−⋅= 11 UH]XOW����
1
11
s
dsb
Al
e
a
−⋅
= [m] (4.140)
Canalul de aer este astfel complet deterPLQDW�úL�DUH�GLPHQVLXQLOH�b x l1 . Pentru temperatura medie a aerului tam�VH�GHWHUPLQ��GLQ�anexa 9, din coloanele SHQWUX�DHU��XUP�WRDUHOH�YDORUL��
- YkVFR]LWDWHD�FLQHPDWLF�� ν [m2/s]
- FRQGXFWLELOLWDWHD�WHUPLF�� λ [W/mK]
- criteriul Prandtl Pr
DSRL�VH�GHWHUPLQ��FULWHULXO�KLGURGLQDPLF�� υ
ia dWRe
⋅=
a –�VHF LXQH�WUDQVYHUVDO���� b –�VHF LXQH�ORQJLWXGLQDO�
��� HYL�PHWDOLFH�����úWX �LQWUDUH�–LHúLUH�DJHQW�WHUPLF�VHFXQGDU��DHU������FDPHU��GH�vQWRDUFHUH�����SHUH L�GHVS�U LWRUL��úLFDQH������SO�FL�WXEXODUH�����L]ROD LH�WHUPLF������úWX �LQWUDUH�–LHúLUH�DJHQW�WHUPLF primar
(gaze de ardere).
)LJ���������3UHvQF�O]LWRUXO�GH�DHU &RUHF LD�GH�DúH]DUH�D�IDVFLFROXOXL�HVWH��
150
2
,
ed
sC
−
=σ pentru coridor
s2
A
A
AER CALD
AER RECE
GAZE DE ARDERE
GAZE DE
ARDERE
s1
12 34
5
62
7
7
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
191
61
2
1
/
s
sC
=σ SHQWUX�HúLFKHU�FX�
2
1
s
s < 2
121,C =σ SHQWUX�HúLFKHU�FX�2
1
s
s ≥ 2
6H�FDOFXOHD]��DSRL�FRHILFLHQWXO�GH�VFKLPE�GH�F�OGXU��SULQ�FRQYHF LH�OD�VF�OGDUH�WUDQVYHUVDO��D�IDVFLFROXOXL�vQ�HúLFKHU��vQ�LSRWH]D� 103 < Re < 105 :
250
330603 410
,
rp
,,
e P
PrPrReC
d,
⋅⋅⋅⋅⋅= σ
λα [W/m2K] (4.141)
32
2 70 αα ⋅−
=n
,nc (4.142)
unde n2�HVWH�QXP�UXO�GH� HYL�vQ�GLUHF LD�GH�FXUJHUH�. &RHILFLHQW�GH�VFKLPE�GH�F�OGXU��SULQ�UDGLD LH�QX�H[LVW��vQ�FD]XO�DHUXOXL (format din gaze biatomice).
3HQWUX�IDFWRUXO�GH�VF�OGDUH�neunifiUP��VH�DGRSW��YDORDUHD�ω =0,95 – 0,98. Coeficientul de WUDQVIHU�GH�F�OGXU� este :
ca αωα ⋅= &RHILFLHQWXO�JOREDO�GH�VFKLPE�GH�F�OGXU��HVWH��
ga
gak
αααα
ξ+⋅
⋅= [W/m2K] (4.143)
FX�YDORULOH�SHQWUX�FRHILFLHQWXO�GH�PXUG�ULUH�� 800700 ,, ÷=ξ pentru combustibil gazos
750650 ,, ÷=ξ pentru combustibil lichid 'LIHUHQ D�PHGLH�GH�WHPSHUDWXUL�HVWH��FRQIRUP�VFKHPHL�������
min
max
minmaxm
t
tln
ttt
∆∆
∆∆∆ −
= (4.144)
6XSUDID D�GH�VFKLPE�GH�F�OGXU��QHFHVDU��HVWH�
m
PA
PAtk
QS
∆⋅= [m2] (4.146)
4. CALCULUL TERMIC AL CAZANELOR DE ABUR
192
)LJ��������'LIHUHQ D�PHGLH�D�WHPSHUDWXULORU *HRPHWULF�VXSUDID D�GH�VFKLPE�GH�F�OGXU��HVWH�� ndlnS mtrPA ⋅⋅⋅⋅= π1 (4.146’)
unde ”dm´�HVWH�GLDPHWUXO�PHGLX�DO� HYLL�LDU�´ trn ´�HVWH�QXP�UXO�GH�WURQVRDQH�úL�UH]XOW��
nld
Sn
m
PAtr ⋅⋅⋅
=1π (4.147)
'DF��QXP�UXO�GH�WURQVRDQH�UH]XOW��IUDF LRQDU��VH�URWXQMHúWH�OD�YDORDUHD�vQWUHDJ��LPHGLDW� VXSHULRDU���&KLDU� GDF�� DFHVW� OXFUX� vQVHDPQ�� R�RDUHFDUH� VXSUDGLPHQVLRQDUH a SUHvQF�O]LWRUXOXL�GH�DHU��IDSWXO�QX�QHFHVLW��R�UHDMXVWDUH�GHRDUHFH�VXSUDID D�OXFUHD]��vQ�FRQGL LL� GH� PXUG�ULH� PDL� LQWHQV�� úL� QLFL� WHPSHUDWXUD� DHUXOXL� SUHvQF�O]LW� QX� HVWH� XQ�SDUDPHWUX�D�F�UXL�YDORDUHD�WUHEXLH�PHQ LQXW��VWULFW�OD�R�DQXPLW��P�ULPH� LungiPHD�WRWDO��D�SUHvQF�O]LWRUXOXL�GH�DHU�HVWH�� trnlL ⋅= 1 [m] (4.148) $FHDVW�� OXQJLPH� QX� WUHEXLH� V�� GHS�úHDVF�� OXQJLPHD� FD]DQXOXL�� 6H� SRDWH�LQWHUYHQL�SHQWUX�PLFúRUDUHD�OXQJLPLi astfel :
- GLDPHWUX�PDL�PLF�DO� HYLORU�; - vitez� mai mare a aerului ; - vitez� PDL�PLF� a gazelor de ardere . 6H� YHULILF�� GDF�� WHPSHUDWXUD� SHUHWHOXL� HYLL� OD� FDS�WXO� FDOG� �Wsfc, tap) este mai
PLF�� GH� ���� o&�� 'DF�� DFHDVW�� FRQGL LH� QX� HVWH� vQGHSOLQLW�� VH� VFKLPE�� VROX LD�FRQVWUXFWLY��SULQ�WUHFHUH�OD�FLUFXOD LH�HFKLFXUHQW��6H�UHGLPHQVLRQHD]��VFKLPE�WRUXO�GH�F�OGXU���LDU�vQ�ILQDO�VH�YHULILF��vQGHSOLQLUHD�FRQGL LHL�OD�DPEHOH�FDSHWH��QX�VH�úWLH�FDUH�HVWH�FDS�WXO�PDL�FDOG��
t
S SPA
ta
tcos
tsfc
∆tmax
∆tmin
tap
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
193
CAPITOLUL 5
CALCULUL TERMIC AL CAZANELOR
CU CONDENSATIE
5.1. �'HVFULHUHD�FD]DQXOXL��HOHPHQWH�FRPSRQHQWH��PRG�GH�IXQF LRQDUH�
,Q� FDGUXO� SUHRFXS�ULORU� JHQHUDOH� GH� HILFLHQWL]DUH� HQHUJHWLF�� D� FRQVXPDWRULORU�PLFL� úL� PHGLL� GH� F�OGXU��� GH]YROWDUHD� GRPHQLXOXL� FD]DQHORU� FX� FRQGHQVD LH�� YLDELOH�WHKQLF�úL�DYDQWDMRDVH�HFRQRPLF��UHSUH]LQW��R�GLUHF LH�GH�PDUH�DFWXDOLWDWH� )HQRPHQXO�SDUWLFXODU�XUP�ULW� HVWH�FRQGHQVDUHD�YDSRULORU�GH�DS��GLQ�JD]HOH�GH�DUGHUH�SH�VXSUDIH HOH�GH�WUDQVIHU�GH�F�OGXU��DOH�FD]DQXOXL�vQ�YHGHUHD�H[WUDJHULL�F�OGXULL�ODWHQWH� GH� YDSRUL]DUH�� $VWIHO� VH� SRDWH� WUHFH� GH� OD� SRWHQ LDOXO� HQHUJHWLF� DO�FRPEXVWLELOXOXL�UHSUH]HQWDW�GH�SXWHUHD�FDORULF��LQIHULRDU��OD�SRWHQ LDOXO�UHSUH]HQWDW�GH�SXWHUHD�FDORULF��VXSHULRDU���
,Q�YHGHUHD�SUHFL]�ULL�FRQGL LLORU�GH�DSDUL LH�D� IHQRPHQXOXL�GH�FRQGHQVDUH�XWLO��vQ�FD]DQH�úL�FXDQWLILFDUHD�HQHUJHWLF��D�HIHFWHORU�VH�SRUQHúWH�GH�OD�DQDOL]D�FRQ LQXWXOXL�GH�YDSRUL�GH�DS��GLQ�JD]HOH�GH�DUGHUH��(VWH�LPSRUWDQW�GH�SUHFL]DW�GH�OD�vQFHSXW�F��GLQ�gama de combustibili se va studia numai gazul natural (metanul) deoarece în cazul FRPEXVWLELOLORU� OLFKL]L� VDX� VROL]L�� GDWRULW�� FRQ LQXWXOXL� GH� VXOI� LQHUHQW� DFHVWRUD��FRQGHQVXO� UH]XOWDW� DUH� XQ� FDUDFWHU� DFLG� FDUH� QHFHVLW�� WUDW�UL� XOWHULRDUH� I�FkQG�QHSUDFWLF��XWLOL]DUHD�vQ�JDPD�GH�SXWHUL�PLFL�úL�PHGLL��'H�DVHPHQHD��QX�YRU�IL��DQDOL]D L�QLFL� DO L� FRPEXVWLELOL� JD]RúL�� GH� H[HPSOX� FRPEXVWLELOLL� JD]RúL� OLFKHILD L� GHRDUHFH�FRQ LQXWXO� GH� YDSRUL� GH� DS�� vQ� JD]HOH� GH� DUGHUH� HVWH� LQIHULRU� FHOXL� GLQ� FD]XO� JD]XOXL�metan, fenomenul de condensare fiind dezavDQWDMDW�� LDU� SH� GH� DOW�� SDUWH� JUDGXO� GH�IRORVLUH� vQ� LQVWDOD LLOH� WHUPLFH� FDVQLFH� HVWH� UHODWLY� UHGXV�� 'HVLJXU�� SDUWLFXODUL]DUHD�PHWRGRORJLHL� GH� FDOFXO� OD� DFHúWL� FRPEXVWLELOL� vúL� YD� J�VL� RSRUWXQLWDWHD� SH�P�VXU�� FH�VLVWHPHOH�GH�FRQGHQVDUH�YRU�F�S�WD�vQ�YLLWRU o extindere mai mare.
)HQRPHQXO� GH� FRQGHQVDUH� DO� YDSRULORU� GH� DS�� GLQ� JD]HOH� GH� DUGHUH� DSDUH� vQ�FRQGL LLOH�H[LVWHQ HL�XQHL�VXSUDIH H�GH�WUDQVIHU�GH�F�OGXU��FX�R�WHPSHUDWXU��OD�LQWHUID D�FX�JD]HOH�GH� DUGHUH�PDL� VF�]XW�� GHFkW� WHPSHUDWXUD�SXQFWXOXL�GH� URX� al vaporilor de DS�� GLQ� DPHVWHFXO� GH� JD]H� UHSUH]HQWDW� GH� JD]HOH� GH� DUGHUH�� ,Q� FRQFOX]LH�� SHQWUX�RE LQHUHD� HIHFWXOXL� WHUPLF� XWLO� OD� FRQGHQVDUH� QX� VH� LPSXQH� FRQGL LD� GH� VF�GHUH� D�WHPSHUDWXULL� JD]HORU� GH� DUGHUH� VXE� WHPSHUDWXUD� SXQFWXOXL� GH� URX��� FL� GRDU� FRQGL LD�VF�GHULL� WHPSHUDWXULL� VXSUDIH HL� GH� FRQWDFW� VXE� WHPSHUDWXUD� SXQFWXOXL� GH� URX���&RQGHQVDUHD�DUH�HIHFW�XWLO�GLQ�SXQFW�GH�YHGHUH�HQHUJHWLF�GDF��VXSUDID D�vQ�FDX]��HVWH�XQD�GLQ�VXSUDIH HOH�GH�WUDQVIHU�GH�F�OGXU��DOH�FD]DQXOXL��
5. CALCULUL TERMIC AL CAZANELOR CU CONDENSATIE
194
Pentru exemplificarea grafLF�� D� FRQGL LLORU� FH�GHWHUPLQ�� DSDUL LD� IHQRPHQXOXL���în figura 5.���VXQW�SUH]HQWDWH�FHOH�GRX��VLWXD LL�FH�VH�SRW�vQWkOQL�vQ�VLVWHPHOH�FRQYHFWLYH�ale cazanului. �
�� Fig.5.��D��/LSV��FRQGHQVDUH Fig5.��E��$SDUL Le condensare
6WDELOLUHD� FX� DSUR[LPD LH� D� ]RQHL� XQGH� vQFHSH� FRQGHQVDUHD� VH� IDFH� LPSXQkQG�FRQGL LD� GH� DSDUL LH� D� FRQGHQV�ULL� OD� XQ� QLYHO� DO� WHPSHUDWXULL� SHUHWHOXL� HJDO� FX�WHPSHUDWXUD� GH� URX�� D� JD]HORU� GH� DUGHUH� FX� XPLGLWDWH� LQL LDO��� &RQGL LD� JHQHUDO�� GH�condensare este: tper ���WURX��.
&DQWLWDWHD�WRWDO��GH�FRQGHQV�GLQ�JD]HOH�GH�DUGHUH�VH�FDOFXOHD]��DVWIHO� Cantitatea de H2 în combustibil este:
H2 = 16
4 [kg(H2)/kg(CH4)]
&DQWLWDWHD�GH�DS��SURGXV��GH�DUGHUHD�KLGURJHQXOXL�HVWH� H2 O =
2
18 [kg(H2O)/kg(H2)]
&DQWLWDWHD�GH�DS��SURGXV��GH�DUGHUHD�D���NJ�GH�PHWDQ�HVWH� H2O/CH4 =
16
4•
2
18 = 2,25 [kg(H2O)/kg(CH4)]
Gaze de ardere Gaze de ardere
Apa Apa
t t
Punct de roua
Punct de roua t perete
t perete t apa
t apa
Canal curgere gaze de ardere
Profil temperatura
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
195
'HQVLWDWHD�PHWDQXOXL�VH�FDOFXOHD]��GLQ�UHOD LD��
1 kg(CH4) =16
4,22 Nm3(CH4) = 1,4 Nm3(CH4)
&DQWLWDWHD�GH�DS��SURGXV��GH�DUGHUHD�D���1P3 de metan este:
607,14,1
25,2
4
2 ==CH
OH [kg(H2O)/Nm3(CH4)]
(FKLYDOHQWXO� vQ� F�OGXU�� DO� DFHVWHL� FRQGHQV�UL� HVWH�� LQkQG� VHDPD� F�� OD�temperatura de 60 0&�F�OGXUD�GH�FRQGHQVDUH�HVWH��U� �����NFDO�NJ�� Qcond = 623· 1,607 = 1001 kcal/Nm3(CH4) La o FRQGHQVDUH� WRWDO�� D� YDSRULORU� GH� DS�� GLQ� JD]HOH� GH� DUGHUH�� F�OGXUD� GH�FRQGHQVDUH� UHSUH]LQW��� UDSRUWDW�� OD� SXWHUHD� FDORULF�� LQIHULRDU��� XQ� VXUSOXV�GH� F�OGXU��FHGDW��GH� û4� �������������•100 = 11,78 %
&XQRVFkQG�FRQ LQXWXO�LQL LDO�GH�YDSRUL�GH�DS��GLQ�JD]HOH�GH�DUGHUH�VH�GHWHUPLQ��SUHVLXQHD�SDU LDO��D�YDSRULORU�GH�DS��GLQ�JD]HOH�GH�DUGHUH���SH2O� ��úL�DSRL�WHPSHUDWXUD�SXQFWXOXL�GH�URX��LQL LDO�WURX���, GXS��R�UHOD LH�GH�DSUR[LPDUH�FX�R�HURDUH�������
TEMPERATURA DE ROUA A GAZELOR DE
ARDERE FUNCTIE DE PRESIUNEA PH2O
30
35
40
45
50
55
60
65
0,05 0,1 0,15 0,2 0,25
PRESIUNE PH2O [bar]
TE
MP
ER
AT
UR
A D
E R
OU
A [
C]
TEMPERATURA PUNCTULUI DE ROUA
FUNCTIE DE EXCESUL DE AER
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5
EXCES DE AER - ALFA
TE
MP
ER
AT
UR
A P
UN
CT
UL
UI
DE
RO
UA
- T
RO
UA
[C
]
5. CALCULUL TERMIC AL CAZANELOR CU CONDENSATIE
196
Fig.5.���9DULD LD�WURX��IXQF LH�GH�SUHViunea�SDU LDO��D�YDSRULORU�GH�DS� Pentru pH2O < 0,18 bar : tURX�� = 44,778 + 67,25219 • ( pH2O – 0,08 ) 0,6461199
(5.1) Pentru pH2O > 0,18 bar : tURX�� = 59,969 + 80,5883 • ( pH2O – 0,18 ) 0,9693625
(5.2) Alte surse bibliografice ( Remi Guillet –�'H� OD�SRPSH�D�YDSHXUV�G¶HDX��RIHU��UHOD LL�HPSLULFH�GH�OHJ�WXU��vQWUH�SUHVLXQHD�GH�VDWXUD LH�úL�WHPSHUDWXUD�GH�URX��
667,231
5,3928
4,140972
+−
= rouat
OH ep (5.3)
667,231
4,14097ln
5,3928
2
−−=OH
roua pt
(5.4)
$PEHOH�VHWXUL�GH�UHOD LL�RIHU��DFHOHDúL�YDORUL�ILLQG�GHFL�FRQFRUGDQWH�
In figura 5.��� HVWH� LOXVWUDW�� JUDILF� GHSHQGHQ D� GLQWUH� WHPSHUDWXUD� SXQFWXOXL� GH�URX��úL�SUHVLXQHD�SDU LDO��D�YDSRULORU�GH�DS��vQ�JD]HOH�GH�DUGHUH�H[SULPDW��H[SOLFLW�VDX�implicit prin valoarea excesului de aer.
6ROX LH�FRQVWUXFWLY��GH�FD]DQ�DFYDWXEXODU�FX�FRQGHQVDUH� UHDOL]DW�GLQ� HDY��JRIUDW�
�5HDOL]DUHD�FD]DQHORU�GLQ� HDY��JRIUDW���GHWDOLXO�GH� HDY��JRIUDW��HVWH�SUH]HQWDW�
în figura 5.3.) aduce avantajul FUHúWHULL�VXSUDIH HL�GH�WUDQVIHU�GH�F�OGXU��SH�XQLWDWHD�GH�OXQJLPH�GH� HDY�� vQ�FRQGL LLOH�PHQ LQHULL� OD�YDORDUH�PLQLP��D� WHPSHUDWXULL�GH�SHUHWH��VSUH� GHRVHELUH� GH� VLVWHPHOH� GH� H[WLQGHUH� D� VXSUDIH HL� GH� WLS� DULSLRDU�� OD� FDUH�WHPSHUDWXUD� VXSUDIH HL� SH� SDUWHD� JD]HORU� GH� DUGHUH� HVWH� GLIHULW�� GH� WHPSHUDWXUD�SHUHWHOXL� GLUHFW� VF�OGDW� GH� DJHQWXO� WHUPLF� VHFXQGDU�� 3H� OkQJ�� DFHVW� DYDQWDM� HVWH� GH�PHQ LRQDW� FDOLDWHD� LQWULQVHF�� GH� SUHOXDUH� D� GLODW�ULORU� úL� WUDQVIRUPDUHD� FXUJHULL� vQ�WUDQVIHUXO� GH� F�OGXU�� GLQ� FXUJHUH� WUDQVYHUVDO�� SHVWH� IDVFLFXO� GH� HYL� vQ� FXUJHUH� SULQ�canale înguste.
6ROX LD�FRQVWUXFWLY��HVWH�SUH]HQWDW��vQ�ILJXUD����� $OLPHQWDUHD� FX� DS�� D� FD]DQHORU� VH� IDFH� SH� OD� SDUWHD� LQIHULRDU�� DVLJXUkQGX-se
DVWIHO�FRQGL LD�GH�FRQWUDFXUHQW�FX�JD]HOH�GH�DUGHUH��$U]�WRUXO�FX�SUHDPHVWHF�úL�GR]DM�constant aer-FRPEXVWLELO�DUH�IURQWXO�GH�IODF�U��VWDELOL]DW�SH�R�VLW��GH�IRUP���FLOLQGULF��UHDOL]DW�� GLQ� ILEUH� PHWDOLFH� WHUPRUH]LVWHQWH�� 'DWRULW�� VXSUDIH HL� PDUL� GH� VWDELOL]DUH�
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
197
OXQJLPHD�IURQWXOXL�GH�IODF�U��HVWH�PLF���GH�RUGLQXO�]HFLORU�GH�PP��SHUPL kQG�PRQWDUHD�]RQHL�FRQYHFWLYH�DSURDSH�GH�FLOLQGUXO�DU]�WRUXOXL� 'DWRULW�� VWDELOL]�ULL� SH� vPSkVOLWXUD� UHIUDFWDU��� DFHDVWD� VH� vQF�O]HúWH� OD� R�WHPSHUDWXU��FXSULQV��vQWUH�����úL�����oC.
)LJXUD������'HWDOLX�GH� HDY��JRIUDW��úL�SULQFLSDOHOH�FDUDFWHULVWLFL�GLPHQVLRQDOH *D]HOH� GH� DUGHUH� FH� UH]XOW�� vQ� IRFDU� SULQ� DUGHUHD� FRPEXVWLELOXOXL� WUDYHUVHD]D�
UDGLDO� SULPD� VHUSHQWLQ�� DMXQJkQG� vQ� VSD LXO� GLQWUH� DFHDVWD� úL� SHUHWHOH� H[WHULRU� DO�FD]DQXOXL�� 6SD LXO� GH� FXUJHUH� HVWH� FRQVWLWXLW� GH� XQ� QXP�U� GH� FDQDOH� GHWHUPLQDW� GH�QXP�UXO�GH�VSLUH�DOH�IRFDUXOXL�
8UPHD]�� FLUFXOD LD�D[LDO��D�JD]HORU�GH�DUGHUH�SHVWH�R�VHUSHQWLQ��DúH]DW�� OkQJ��
SHUHWHOH� H[WHULRU�� FDUH� IRUPHD]�� FDQDOH� GH� FXUJHUH� D[LDO�� vQWUH� HDY�� úL� SHUHWH��GHWHUPLQDWH�GH�QXP�UXO�GH�VSD LL�JRIUDWH�FDUH�VH�DIO��SH�R�FLUFXPIHULQ ��GH�VHUSHQWLQ�� $FHVW�WLS�GH�FXUJHUH�D�JD]HORU�VH�vQWkOQHúWH�OD�H[WHULRUXO�VHUSHQWLQHL���úL�OD�VHUSHQWLQD����IRUPkQG�GUXPXULOH�FRQYHFWLYH���úL���DOe cazanului.
*D]HOH� GH� DUGHUH� VWU�EDW� HYLOH� VFKLPE�WRUXOXL� GH� F�OGXU�� DVWIHO� GLPHQVLRQDW�vQFkW� V�� DVLJXUH� R� U�FLUH� SXWHUQLF�� D� DFHVWRUD� úL� FRQGHQVDUHD� YDSRULORU� GH� DS��� $SD�FLUFXO��vQ�FRQWUDFXUHQW�FX�JD]HOH�de ardere, iar condensul format�VH�VFXUJH�F�WUH�SDUWHD�LQIHULRDU�� D� FD]DQXOXL� XQGH� HVWH� GLULMDW� F�WUH� R� FRQGXFW�� GH� FROHFWDUH� úL� HYDFXDW� OD�FDQDOL]DUH� SULQ� LQWHUPHGLXO� XQXL� VLIRQ� FX� JDUG�� KLGUDXOLF��� *DUGD� KLGUDXOLF�� HVWH�DEVROXW�QHFHVDU��GHRDUHFH�JD]HOH�GH�DUGHUH�vQ�]RQD�GH�FROHFWDUH�D�FRQGHQVXOXL�VXQW�vQ�VXSUDSUHVLXQH� ID �� GH� PHGLXO� DPELDQW� úL� vQ� UHJLPXULOH� I�U�� FRQGHQVDUH� DU� UHIXOD� SH�traseul de drenaj condens.
s
a
b
5. CALCULUL TERMIC AL CAZANELOR CU CONDENSATIE
198
�Fig.5.4��6ROX LH�FRQVWUXFWLY��GH�FD]DQ�FX� HDY��JRIUDW�
3HUIRUPDQ HOH� FD]DQXOXL� JDUDQWHD]�� XQ� HFDUW� GH� WHPSHUDWXU�� între gazele de ardere úL apa de alimentare de maxim 15oC ceea ce face ca nici în regimurile maxime GH� WHPSHUDWXU�� DOH� FD]DQXOXL� ������ oC) gazele de ardere evacuate V�� QX� GHS�úHVF� 80o&��'DWRULW��DFHVWHL�SDUWLFXODULW� L�VH�IRORVHVF�WXEXODWXUL�GLQ�SODVWLF�SHQWUX�HYDFXDUHD�gazelor de ardere. Pentru a preveni deteriorarea traseului dH� HYDFXDUH� OD� FUHúWHUHD�DFFLGHQWDO�� D� WHPSHUDWXULL� JD]HORU� GH� DUGHUH�� OD� LHúLUHD� GLQ� FD]DQ� SH� WUDVHXO� DFHVWRUD�HVWH�PRQWDW�XQ�WHUPRVWDW�GH�VLJXUDQ ��VHWDW�OD�FLUFD���� oC. �� 5.2. Tema de proiectare
Prin tema de proiectare se dau: Qut – sarcina termiF��XWLO��D�FD]QXOXL, în [kW] ; tal – temperatura apei de alimentare a cazanului [oC] ; te – temperatura apei la LHúLUHD�GLQ�FD]DQ�>oC]; Combustibilul utilzat – metan. &DUDFWHULVWLFLOH�GLPHQVLRQDOH�DOH�FD]DQXOXL�úL�DOH� HYLL�JRIUDWH�
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
199
Prin calcul se YD�XUP�UL�YHULILFDUHD�VDUFLQLL� WHUPLFH�D�FD]DQXOXL�SHQWUX�VROX LD�FRQVWUXFWLY��GDW��vQ�LSRWH]D�IXQF LRQ�ULL�vQ�UHJLP�GH�FRQGHQVDUH� &RQIRUP� LQGLFD LLORU� GLQ� FDSLWROXO� �� VH� HIHFWXHD]�� FDOFXOXO� DUGHULL�FRPEXVWLELOXOXL�úL�VH�GHWHUPLQ�� ig0 H,V,V
o .
FXQF LRQDUHD�FD]DQXOXL�HVWH�FX�VXSUDSUHVLXQH�vQ�IRFDU��FRHILFLHQWXO�GH�H[FHV�GH�aer fiind�FRQVWDQW�úL�HJDO�FX�FHO�GLQ�IRFDU���FFD�����5 ÷ 1,15) pe tot traseul gazelor de ardere. 6H�WUDVHD]��GLDJUDPHOH�,-t sau cp-t. 5.3. Calculul randamentului terPLF�DO�FD]DQXOXL�úL�D�GHELWXOXL�GH�FRPEXVWLELO� �
,Q� ELODQ XO� JHQHUDO� DO� FD]DQXOXL� YD� DSDUH� UDQGDPHWXO� WHUPLF� I�U�� FRQGHVDUH��XUPkQG� FD� HIHFWXO� FRQGHQV�ULL� V�� VH� DGDXJH� HIHFWXOXL� GH� WUDQVIHU� GH� F�OGXU�� FD� XQ�IHQRPHQ� VXSUDSXV�� /D� WHPSHUDWXUD� OD� FRú� GH� FFD�� �0 0&� UDQGDPHQWXO� WHUPLF� I�U��condensare este GH� FFD�� ������ LDU� HIHFWXO� FRQGHQV�ULL� VH� YD� DG�XJD� VXSOLPHQWDU� SULQ�WHUPHQXO��û�� �4FRQG�4FRPE�FDUH�DUH�R�YDORDUH�GH�RUGLQXO���– 8 %.
$VWIHO��vQ�DQVDPEOX��FD]DQXO�YD�DYHD�HILFLHQ D�WHUPLF� ( efη ) de 103 – 105 %, UDSRUWDW��OD�YDORDUHD�SXWHULL�FDORULFH�LQIHULRDUH�D�FRPEXVWLELOXOXL (Hi) úL un randament
( czη ) inferior valorii de 100 %� SHQWUX� UDSRUWDUHD� �FRUHFW�� GLQ� SXQFW� GH� YHGHUH� DO�ELODQ XOXL�WHUPLF��OD�SXWHUHD�FDORULF��VXSHULRDU��a combustibilului (Hs) :
100⋅⋅
=i
utef
HB
Qη [%] ; 100100 <⋅
⋅=
s
ut
czHB
Qη [%] (5.5)
'HRDUHFH�FRQFHQWUD LLOH�GH�R[LG�GH�FDUERQ�vQ�JD]HOH�GH�DUGHUH�OD�FRú�VXQW�IRDUWH�
PLFL� �GH� RUGLQXO� XQLW� LORU� GH� SSP��� QX� VH� SXQH� SUREOHPD� FRQVLGHU�ULL unei pierderi VSHFLILFH�SULQ�DUGHUH�LQFRPSOHW��GH�QDWXU��FKLPLF��
'H� DVHPHQHD�� GDWRULW�� VROX LHL� FRQVWUXFWLYH� GH� FHQWUDO��� FH� vQJOREHD]�� FRUSXO�
FD]DQXOXL� vQ�VSD LXO�GLQ�FDUH�VH�SUHOHYHD]��DHUXO�GH�DUGHUH��VH�SRDWH�QHJOLMD�úL�HIHFWXO�pierderilor specifice�GH�F�OGXU��SULQ�VXSUDIH HOH�H[WHULRDUH�
'HELWXO� GH� FRPEXVWLELO� VH� FDOFXOHD]�� FX� PHWRGD� FODVLF��� SULQ� UDSRUWDUHD�GHELWXOXL�XWLO�GH�F�OGXU��OD�HILFLHQ ��úL�SXWHUH�FDORULF��LQIHULRDU��D�FRPEXVWLELOXOXL��
ief
ut
H
QB
⋅=
η [m3N/s] (5.6)
5. CALCULUL TERMIC AL CAZANELOR CU CONDENSATIE
200
cu varianta de exprimare ca debit orar de combustibil :
Bh=B•3600 [m3N/h] (5.7)
5.4. Calculul termic al cazanului
'HILQLUHD�IOX[XULORU�GH�F�OGXU� �
8UP�ULQG� FLUFXOD LD� JD]HORU� GH� DUGHUH�� FRQIRUP� VROX LHL� FRQVWUXFWLYH�� VH� SRW�LGHQWLILFD�XUP�WRDUHOH�IOX[XUL�GH�F�OGXU��SHQWUX�VHUSHQWLQD�IRFDU�– convectiv1:
• ,Q�IRFDU��]RQD�GH�DUGHUH�úL�UDGLD LH���GRX��IOX[XUL�GH�F�OGXU��UDGLDQWH�úL�DQXPH�
IOX[XO�GH�F�OGXU��UDGLDW�GH�VXSUDID D�SHUHWHOXL�DU]�WRUXOXL��FDUH�VH�FDOFXOHD]��FD�XQ� IHQRPHQ� GH� UDGLD LH� vQWUH� XQ� FRUS� VROLG� FX� HPLVLYLWDWH� FLUFD� ���� úL� LQFLQWD�PDWHULDOL]DW�� GH� VHUSHQWLQ�� FDUH� DUH� WHPSHUDWXUD� DSHL� GLQ� VHUSHQWLQ��� úL� IOX[XO�GH�F�OGXU�� UDGLDW�GH�JD]HOH�GH�DUGHUH�FDUH�DX�IRVW�SURGXVH�GH�DU]�WRU�úL�XPSOX�YROXPXO�GLQ�FDPHUD�FLOLQGULF��GLQWUH�DU]�WRU�úL�SULPD�VHUSHQWLQ���
• ,Q�]RQD�FRQYHFWLY��D�VHUSHQWLQHL�IRFDU�
¾�8Q� IOX[� GH� F�OGXU�� SH� FDUH� JD]HOH� GH� DUGHUH� vO� FHGHD]�� FRQYHFWLY�VHUSHQWLQHL� �� OD� WUDYHUVDUHD� SULQ� FDQDOHOH� HYLL� JRIUDWH� GLQ� ]RQD� GH�DUGHUH� F�WUH� SHUHWHOH� H[WHULRU� DO� FD]DQXOXL��&XUJHUHD� HVWH� UDGLDO�� ID ��de axa cazanului.
¾�8Q� IOX[� GH� F�OGXU�� FHGDW� FRQYHFWLY� GH� JD]HOH� GH� DUGHUH� OD� FXUJHUHD�SULQ� SRU LXQHD� OLEHU�� GLQWUH� H[WHULRUXO� VHUSHQWLQHL� IRFDU� úL� SHUHWHOH�exterior, în sens axaial al cazanului.
'XS�� FXP� UH]XOW�� GLQ� GHVFULHUHD� IXQF LRQDO�� D� FD]DQXOXL�� FLUFXOD D�JD]HORU� GH�
DUGHUH�ID ��GH�VHUSHQWLQ��SRDWH�IL�GH�GRX��IHOXUL�
• &LUFXOD LH� D� JD]HORU� GH� DUGHUH� UDGLDO�� SH� R� VHUSHQWLQ��� FD]� vQ� FDUH� JD]HOH� GH�DUGHUH�VWU�EDW�vQ�GLUHF LH�UDGLDO�� HYLOH��VSD LXO�GH�FXUJHUH�ILLQG��FRQVWLWXLW�GH�XQ�QXP�U� GH� FDQDOH�GHWHUPLQDW� GH�QXP�UXO�GH� VSLUH�FDUH�FRQVWLWXLH�FLOLQGUXO�SULQ�FDUH�WUHF�JD]HOH�UDGLDO��FD]XO�VH�vQWkOQHúWH�OD�IRFDUXO�FD]DQXOXL�
• &LUFXOD LD�JD]HORU�GH�DUGHUH�D[LDO��SH�R�VHUSHQWLQ���FD]�vQ�FDUH�VHUSHQWLQD�HVWH�
DúH]DW�� OkQJ��XQ�SHUHWH�� úL� VH� IRUPHD]�� FDQDOH�GH�FXUJHUH�D[LDO�� vQWUH� HDY�� úL�SHUHWH��GHWHUPLQDWH�GH�QXP�UXO�GH�VSD LL�JRIUDWH�FDUH�VH�DIO��SH�R�FLUFXPIHULQ ��GH� VHUSHQWLQ��� FD]XO� VH� vQWkOQHúWH� OD� VHUSHQWLQD� �� GLQ� GUXPXO� FRQYHFWLY� DO�FD]DQXOXL�úL�OD�H[WHULRUXO�VHUSHQWLQHL���FDUH�HVWH�P�UJLQLW��GH�F�PDúD�H[WHULRDU��a cazanului.
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
201
Pentru calcul s-D�DSOLFDW�PRGHOXO�GH� WUDQVIHU�GH�F�OGXU��VSHFLILF�SHQWUX�FDQDOH�de forme necirculare. Deoarece regimul termic al gazelor de ardere nu depinde de IHQRPHQXO�GH�FRQGHQVD LH�FDUH�DSDUH�SH�XQHOH�VHUSHQWLQH��FRQGHQVDUHD�QX�LQIOXHQ HD]��vQ� SULQFLSLX� WUDQVIHUXO� GH� F�OGXU�� VHQVLELO�� FL� QXPDL� WUDQVIHUXO� GH� F�OGXU�� ODWHQW�� úL�VFKLPEXO� GH� PDV��� 2� XúRDU�� DOWHUDUH� D� UH]XOWDWHORU� VH� SRDWH� vQV�� SURGXFH� GDWRULW��DFHVWHL� LSRWH]H�� SH� GH� R� SDUWH� GDWRULW�� PRGLILF�ULL� UHJLPXOXL� GH� WHmperaturi al apei FDUH��SUHOXkQG�úL�F�OGXUD�GH�FRQGHQVDUH�GLQ�JD]H��YD�DYHD�R�vQF�O]LUH�PDL�LQWHQV��LDU�SH�GH� DOW�� SDUWH� GDWRULW�� YDULD LHL� YROXPXOXL� GH� YDSRUL� GH� DS�� GLQ� JD]HOH� GH� DUGHUH��'LIHUHQ D�GH�WHPSHUDWXU��SH�FLUFXLWXO�DSHL�HVWH�vQV��UHODWLY�UHGXV�, maxim 8 % din 20 o&��DGLF������o&��úL�QX�DOWHUHD]��VHQVLELO�UH]XOWDWHOH��LDU�YDULD LD�GH�SUHVLXQH�SDU LDO��D�YDSRULORU� GH� DS�� GLQ� JD]HOH� GH� DUGHUH� QX� GXFH� OD� PRGLILF�UL� PDMRUH� DOH� YDORULORU�principalilor parametrii fizici ai acestora.
6H� FRQVLGHU�� GLQ� SXQFW� GH� YHGHUH� JD]RGLQDPLF� WUDYHUVDUHD� XQLIRUP�� D�
VHUSHQWLQHL� IRFDU� GH� F�WUH� JD]HOH� GH� DUGHUH�� 1XP�UXO� GH� FDQDOH� VLPSOH� FDUH� VH�IRUPHD]�� HVWH� GH� ��� FRUHVSXQ]�WRU� FHORU� �� VSLUH� FH� GHOLPLWHD]�� IRFDUXO�� SULQ� ILHFDUH�canal circulând astfel 1/8 din debitul total de gaze de ardere.
*D]HOH� GH� DUGHUH�� GXS�� WUDYHUVDUHD� UDGLDO�� D� VHUSHQWLQHL�� LQWU�� SURJUHVLY� �GLQ�SXQFW� GH� YHGHUH� DO� GLUHF LHL� D[LDOH�� vQ� VSDWHOH� DFHVWHLD��$VWIHO�� GHELWHOH� GH� JD]H� FDUH�VFDOG�� ILHFDUH�VHUSHQWLQ�� vQ�VHQV�D[LDO�DO�FD]DQXOXL�� UH]XOW��GLQ�DGunarea debitului de SH� VHUSHQWLQD� DQWHULRDU�� FX� FHO� FH� FXUJH� SULQ� FDQDOHOH� UDGLDOH� GH� JD]H�� OD� QLYHOXO�VHUSHQWLQHL�vQ�GLVFX LH��
,Q� FXUJHUH� D[LDO�� GLQ� SXQFWXO� GH� YHGHUH� DO� DQVDPEOXOXL�� SHVWH� SULPD� VSLU�� D�serpentinei 1, vor fi numai 1/8 din debitul de gaze�DO�FD]DQXOXL��SHQWUX�D�GRXD�VSLU��D�VHUSHQWLQHL� VH�PDL�DGDXJ�� SULQ� LQWUDUH� UDGLDO�� ����GLQ�GHELWXO�GH�JD]H�DO�FD]DQXOXL� úL�GHFL�YD�SDUWLFLSD�OD�WUDQVIHUXO�GH�F�OGXU������GLQ�GHELWXO�GH�JD]H�DO�FD]DQXOXL��
3H� XOWLPD� VSLU�� D� VHUSHQWLQHL� �� GHELWXO� GH� JD]H� HVte de 7/8 din cel total al cazanului deoarece 1/8 din debitul de gaze de ardere trece direct din focar în serpentina 2 prin canalele de traversare.
3HQWUX� FRQYHFWLYXO� GRL�� FRQGL LLOH� JHRPHWULFH� GH� FXUJHUH� VXQW� VLPLODUH� FX�SULPXO� FRQYHFWLY�� DGLF�� DFHDVWD� VH� GHVI�úRDU�� ORQJLWXGLQDO� SULQ� FDQDOHOH� QHFLUFXODUH�IRUPDWH�GH�JRIUDUH�GDWRULW��SUH]HQ HL�úQXUXULORU�GH�XPSXWXU��DWkW�vQWUH�SHUHWHOH�H[WHULRU�úL� VHUSHQWLQ�� FkW� úL� vQWUH� VHUSHQWLQ�� úL� SHUHWHOH� LQWHULRU� DO� FRUSXOXL� GHIOHFWRU� �GRS�ceramic sau metalic).
EfectXO�DFHVWRU�úQXUXUL�HVWH�DVWIHO�GHRVHELW�GH�LPSRUWDQW��QX�DWkW�SULQ�UHDOL]DUHD�GH�YLWH]H�P�ULWH��FkW�SULQ�VFKLPEDUHD� OXQJLPLL�FDUDFWHULVWLFH�D� WUDQVIHUXOXL�GH�F�OGXU��SULQ� FRQYHF LH�� vQ� VHQVXO� VF�GHULL� GUDVWLFH�� GH� FLUFD� �-��� RUL� ID �� GH� FD]XO� FXUJHULL�tranVYHUVDOH� SHVWH� IDVFLFXO� GH� HYL� FDUH� DU� DYHD� FD� OXQJLPH� FDUDFWHULVWLF�� GLDPHWUXO�H[WHULRU�DO� HYLL�
&RQYHFWLYXO� �� VH� PDWHULDOL]HD]�� úL� vQ� VXSUDID �� GH� FRQGHQVDUH�� DWkW� GDWRULW��UHJLPXULORU�GH� WHPSHUDWXUL�DOH�DJHQ LORU�FkW� úL�GDWRULW�� FDUDFWHULVWLFLORU�IXQF LRQDOH�FH�DYDQWDMHD]��GUHQDUHD�SHOLFXOHL�GH�FRQGHQV��
5. CALCULUL TERMIC AL CAZANELOR CU CONDENSATIE
202
3HQWUX� FDOFXO�� FRQIRUP�PRGHOXOXL� IL]LF� DO� FXUJHULL�� VH� YRU� GHILQL� XUP�WRDUHOH�zone de calcul conform figurii 5.5.:
Fig. 5.5. –�'LVFUHWL]DUHD�VXSUDIH HL�GH�WUDQVIHU�GH�F�OGXU��úL�PDV�
1. VXSUDID D� HYLL� JRIUDWH�� RULHQWDW�� F�WUH� D[XO� FD]DQXOXL�� GHWHUPLQDW�� GH�VHF LRQDUHD�FRQYHFWLYXOXL�FX�XQ�FLOLQGUX�FH�WUHFH�SULQ�D[D� HYLL��HVWH�R�VXSUDID ��VXSXV�� UDGLD LHL� JD]HORU� GH� DUGHUH� GLQ� IRFDU� úL� UDGLD LHL� VXSUDIH HL� VROLGH�cilindrice�FDUH�PDWHULDOL]HD]��DU]�WRUXO�
2. VXPD� VXSUDIH HORU� VFDOGDWH� GH� JD]HOH� GH� DUGHUH� OD� VWU�EDWHUHD� UDGLDO�� D�
serpentinei focar-convectiv 1;
5.3
5.2
5.1
4
1 3.1 - 3.4
2
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
203
3. ILHFDUH� MXP�WDWH� GH� VSLU�� vQ� SDUWH�� vQ� ]RQD� GLQWUH� FRQYHFWLYXO� �� úL� SHUHWHOH�GHVS�U LWRU�� DYDQVkQG� ORQJLWXGLQDO� vQ� GLUHF LD� WUHFHULL� GLQ� FRQYHFWLYXO� �� vQ�FRQYHFWLYXO����SHQWUX�ILHFDUH�VXSUDID �� vQ�SDUWH�VH�PRGLILF��GHELWXO�GH�JD]H�GH�DUGHUH�FH�R�VSDO���ILHFDUH�VXSUDID ��HVWH�GHSHQGHQW��GH�UH]XOWDWHOH�GH�FDOFXO�DOH�VXSUDIH HORU�DQWHULRDUH�
4. serpentina convectivului 2 în ansDPEOX��SHQWUX�FDOFXOXO�WUDQVIHUXOXL�GH�F�OGXU��
VHQVLELO��GH�OD�JD]HOH�GH�DUGHUH�OD�DS�� 5. ILHFDUH� VSLU�� D� FRQYHFWLYXOXL����SH� UkQG��GH� OD� LHúLUHD�JD]HORU�GH�DUGHUH� OD�FRú�
DPRQWH�vQ�VHQVXO�D[HL�FD]DQXOXL��SHQWUX�FDOFXOXO�FRQGHQV�ULL�
Calculul termic al zonei de focar
Calculul termic începe prin determinarea temperaturii teoretice de ardere. Pentru aceasta se�LQL LDOL]HD]��WHPSHUDWXUD��WHRUHWLF��OD�R�YDORDUH�FXSULQV��vQWUH������úL�2000 o&� úL� SHQWUX� YDORDUHD� LQL LDOL]DW�� VH� GHWHUPLQ�� F�OGXUD� VSHFLILF�� D� JD]elor de ardere cpg. 6H�IRORVHúWH�UHOD LD�GH�GHWHUPLQDUH�
pgogo
aopaoi
tcVV
tcVHt
⋅⋅−+
⋅⋅⋅+=
))1(( αα
[oC] (5.8)
6H�YHULILF�� GDF�� WHPSHUDWXUD�DVWIHO�FDOFXODW�� HVWH� vQWU-un interval de +/- 50 oC ID �� GH� WHPSHUDWXUD� WHRUHWLF�� LQL LDOL]DW��� 'DF�� QX� HVWH� vQGHSOLQLW�� FRQGL LD�� VH�UHLQL LDOL]HD]��WHPSHUDWXUD�WHRUHWLF��úL�VH�UHLD�FDOFXOXO�SkQ��OD�vQGHSOLQLUHD�FRQGL LHL� )OX[XULOH�GH�F�OGXU��GLQ�IRFDU�VH�GHWHUPLQ��LQGHSHQGHQW�DVWIHO�
¾�SHQWUX� IOX[XO� UDGLDW� GH� VXSUDID D� GH� VWDELOL]DUH� D� DU]�WRUXOXL� F�WUH�VHUSHQWLQD�IRFDU�VH�XWLOL]HD]��UHOD LD�
)( 44perazazazoaf TTSCQ −⋅⋅⋅= ε [kW] (5.9)
unde : Co = 5,76•10-5 , FRQVWDQWD�GH�UDGLD LH�6WHIDQ�– Boltzmann; azε = 0,7 , coefiFLHQW�GH�DEVRUE LH�DO�VXSUDIH HL�DU]�WRUXOXL� Saz – sXSUDID D�ODWHUDO��D�DU]�WRUXOXL:
azazaz LDS ⋅⋅π= [m2] (5.10)
Taz� �����.��YDORDUH�X]XDO����
5. CALCULUL TERMIC AL CAZANELOR CU CONDENSATIE
204
Tper = tper + 273 = te + 273 [K]
¾�LDU� SHQWUX� IOX[XO� GH� F�OGXU�� UDGLDW� GH� PHGLXO gazos din focar se IRORVHVF� UHOD LLOH� VSHFLILFH� GHWHUPLQ�ULL� FRHILFLHQ LORU� GH� UDGLD LH� vQ�convective� �LQFLQWH� FX� OXQJLPH� GH� UDGLD LH� PLF��� I�U�� UDGLD LH�OXPLQRDV��:
3102
−⋅
−
+⋅⋅= per
ft
frfgf ttt
SQ α [kW] (5.11)
unde : rfα este coefiFLHQWXO�FRQYHFWLY�GH�UDGLD LH�D�JD]HORU�GH�DUGHUH�GLQ�IRFDU; Sf�HVWH�SURLHF LD�SH�GLDPHWUXO�LQWHULRU�DO�VHUSHQWLQHL�IRFDU:
fiff LDS ⋅⋅= π [m2] (5.12)
cu Dif – GLDPHWUXO�LQWHULRU�DO�VHUSHQWLQHL�IRFDU�úL Lf – lungimea foFDUXOXL�vQ�GLUHF LD�axei longitudinale a cazanului; ft � WHPSHUDWXU�� HVWLPDW�� D� JD]HORU� GH� DUGHUH� OD�LQWUDUHD� vQ�]RQD�GH�VFKLPE�GH�F�OGXU��FRQYHFWLY�D�VHUSHQWLQHL�IRFDU��WUHFHUHD�UDGLDO�� conform graficului din figura 5.6.
1350
1400
1450
1500
1550
1600
1650
1700
1750
6,5 7 ,5 8,5 9,5
B com b [N m c/h ]
tg [
C] a = 1 ,1
a = 1 ,2
a = 1 ,3
Figura 5.6. – VDORUL�GH�LQL LDOL]DUH�SHQWUX�WHPSHUDWXUD�GH�LHúLUH�D�
gazelor de ardere din focar
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
205
Pentru frα VH�YD�IRORVL�UHOD LD��
−
−
⋅⋅⋅+
⋅⋅= −
gm
per
gm
per
gmg
p
fr
T
T
T
T
Taa
1
1
2
110765,5
6,3
38α [W/m2K] (5.13)
XQGH� SHQWUX� FRHILFLHQWXO� GH� DEVRUE LH� DO� SHUHWHOXL� VH� LD� YDORDUHa ap=0,84� úL�temperatura medie a gazelor de ardere este:
Tgm = (Tt+Tf)•0,5 [K] (5.14)
&RHILFLHQWXO�GH�DEVRUE LH�DO�PHGLXOXL�JD]RV�– ag –�HVWH�GDW�GH�UHOD LD�
sk
g
gea⋅−−= 1 (5.15)
cu grosimea stratului radiant:
pf
f
S
Vs ⋅= 4 [m] (5.16)
unde volumul focarului este:
( )
f
2az
2if
f L4
DDV ⋅
−⋅π= [m3] (5.17)
iar�VXSUDID D�WRWDO��D�SHUH LORU�GHOLPLWDWRUL�DL�IRFDUXOXL este:
( ) ( )4
222azif
fazifpf
DDLDDS
−⋅⋅+⋅+⋅=π
π [m2] (5.18)
úL�FRQVWDQWD�GH�UDGLD LH�D�JD]HORU�
)(1000
38,01)(
6,18,022
22
2
ROOH
gm
ROOH
OH
g ppT
spp
pK +⋅
⋅−⋅
⋅+
⋅+= (5.19)
5. CALCULUL TERMIC AL CAZANELOR CU CONDENSATIE
206
g
cIg
RO
RO pVV
Vp
o 0)1(2
2 −+=
α [bar];
g
cIg
OH
OH pVV
Vp
o 0)1(2
2 −+=
α [bar] (5.20)
cu : pg ≅ 1 bar.
'XS��GHWHUPLQDUHD�IOX[XULORU�4af�úL�4gf�VH�GHWHUPLQ��IOX[XO�WRWDO�GH�F�OGXU��transmis în focar: Qf = Qaf + Qgf [kW] (5.21)
7HPSHUDWXUD�UHDO��D�JD]HORU�GH�DUGHUH�OD�LHúLUHD�GLQ�IRFDU�VH�GHWHUPLQ��FX�UHOD LD�
pggN
f
tfcD
Qtt
⋅−= [oC] (cu cpg determinat pentru tgm) (5.22)
úL
DgN = B•Vg – debitul normal de gaze de ardere [m3N/s].
$FHDVW�� WHPSHUDWXU�� HVWH�FHD�FX�FDUH�JD]HOH�GH�DUGHUH� LQWU�� vQ�]RQD�GH� WUHFHUH�UDGLDO�� GLQ� IRFDU� vQ� VSDWHOH� VHUSHQWLQHL� IRFDU�–� FRQYHFWLY��GHQXPLW�� FRQYHQ LRQDO� úL�serpentina 1).
Calculul termic al serpentinHL�IRFDU�OD�VF�OGDUHD�UDGLDO�
��ID ��GH�D[XO�FD]DQXOXL� 3HQWUX� D� FDOFXOD� IOX[XO� GH� F�OGXU�� WUDQVPLV�GH�JD]HOH�GH� DUGHUH� vQ� WUDYHUVDUHD�UDGLDO�� D� VHUSHQWLQHL� �� HVWH� QHFHVDU�� LQL LDOL]DUHD� WHPSHUDWXULL� GH� LHúLUH� D� JD]HORU� GH�DUGHUH�GLQ� WUDYHUVDUHD� UDGLDO�� (tr) la valoarea de 500 o&�úL�GHWHUPLQDUHD�SDUDPHWULORU�fizici ai gazelor de ardere la
2
ttt rf
mr
+= :
- YkVFR]LWDWHD�FLQHPDWLF�� ν = [m2/s] - FRQGXFWLELOLWDWHD�WHUPLF�� λ = [W/mK] - criteriul Prandtl Pr = [-] - F�OGXU��VSHFLILF�� cpg = [J/m3
NK]
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
207
&RQYHF LD� OD� WUDYHUVDUHD� WUDQVYHUVDO�� D� VHUSHQWLQHL� DUH� XUP�WRDUHOH�caracteristici: - FRQYHF LH�IRU DW�� - I�U��VFKLPEDUH�GH�ID]�� - FXUJHUH�WUDQVYHUVDO��SHVWH� HYL�JRIUDWH�DO�WXUDWH� - OD�U�FLUHD�IOXLGXOXL� 0�ULPLOH�JHRPHWULFH�LPSOLFDWH�vQ�DFHDVW��FRQYHF LH�VXQt: - lungimea�FDUDFWHULVWLF��= GLDPHWUXO�KLGUDXOXLF�DO�FDQDOHORU�FH�VH�IRUPHD]��
SULQ� DO�WXUDUHD� HYLORU� JRIUDWH�� FRQIRUP� ILJXULL� 5.3.; DFHDVW�� OXQJLPH� VH�SRDWH�DSUR[LPD�FX����O� LPH�FDQDO��
- VHF LXQHD� GH� FXUJHUH� UDGLDO�, conform figurii 5.4. este (Scr) = suma
VHF LXQLL��SH�GLUH LD�SHUSHQGLFXODU��FXUJHULL��D�WXWXURU�FDQDOHORU�GH�FXUJHUH�IRUPDWH�SULQ�DO�WXUDUHD�VSLUHORU�GLQ�VHUSHQWLQD���
1/ tmfmlcctr nDSS ⋅⋅⋅= π [m2] (5.23)
unde Sc/ml�HVWH�VHF LXQHD�GH�FXUJHUH�WUDQVYHUVDO��SH�XQ�PHWUX�GH�OXQJLPH�
GH� HDY��JRIUDW���LDU�Qt1�HVWH�QXP�UXO�GH�VSLUH�DO�VHUSHQWLQHL���
- VXSUDID D� GH� VFKLPE� GH� F�OGXU�� vQ� FXUJHUHD� UDGLDO�� �6scr�� � MXP�WDWH� GLQ�VXSUDID D�WRWDO��GH�WUDQVIHU�GH�F�OGXU��D�VHUSHQWLQHL��GHRDUHFH�VH�FRQVLGHU��FRQYHF LD�OD�WUHFHUHD�UDGLDO��FD�DF LRQkQG�GH�OD�ID D�LQWHULRDU��a serpentinei �F�WUH� IRFDU�� SkQ�� OD� LQWHUVHF LD� FX� MHWXO� GLQ� VSDWHOH� VHUSHQWLQHL�� DGLF�� vQ�VHF LXQHD�GH�GLDPHWUX�PHGLX�al serpentinei:
1/2
1tmfmltscr nDSS ⋅⋅⋅⋅= π [m2] (5.24)
unde St/ml� HVWH�VXSUDID D�GH� WUDQVIHU�GH�F�OGXU��SH�XQ�PHWUX�GH� lungime GH� HDY��JRIUDW� 6H�GHWHUPLQ��YLWH]D�FDUDFWHULVWLF��WUDQVIHUXOXL�GH�F�OGXU���
ctr
mr
gN
grS
tD
w 273
273+⋅
= [m/s] (5.25)
unde DgN este debitul normal de gaze de ardere
úL�FULWHULXO�5H�SHQWUX�FXUJHUH��
5. CALCULUL TERMIC AL CAZANELOR CU CONDENSATIE
208
υcgr lw ⋅
=Re .
Pentru determLQDUHD�FRHILFLHQWXOXL�GH� WUDQVIHU�GH�F�OGXU��FRQYHFWLY� la trecerea
UDGLDO��� crα ) VH�IRORVHVF�UHOD LLOH� Pentru Re > 2300 :
Re33,08,0
3
2
PrRe1024,0 ελ
α ⋅⋅⋅
+⋅⋅=
e
c
c
crd
l
l [W/m2K] (5.26)
cu: 8,1
5
Re Re
1061
⋅−=ε �SHQWUX�5H���������úL� 1Re =ε pentru Re >10000,
unde de HVWH�GLDPHWUXO�H[WHULRU�DO� HYLL�JRIUDWH� Pentru Re < 2300 :
⋅⋅⋅+
⋅⋅⋅+⋅=
3
2
PrRe04,01
PrRe0668,0
65,3
e
c
e
c
c
cr
d
l
d
l
l
λα
[W/m2K] (5.27)
&RHILFLHQWXO�GH�WUDQVIHU�GH�F�OGXU��SULQ�UDGLD LH�VH�QHJOLMHD]��GDWRULW��OXQJLPLL�
GH�UDGLD LH�IRDUWH�PLFL��GH�RUGLQXO�GHschiderii dintre gofre). $VWIHO��FRHILFLHQWXO�JOREDO�GH�WUDVIHU�GH�F�OGXU��vQ�WUHFHUHD�UDGLDO��GHYLQH�
crcrK α⋅= 9,0 [W/m2K] (5.28) XQGH�����HVWH�XQ�FRHILFLHQW�GH�UHGXFHUH�FH� LQH�VHDPD�GH�UH]LVWHQ D�WHUPLF��GH�
tip conductiv a peretelui mHWDOLF� úL� GH� UH]LVWHQ D� WHUPLF�� GH� WLS� FRQYHFWLY� SH� SDUWHD�apei.
6H� GHWHUPLQ�� WHPSHUDWXUD� UHDO�� GH� LHúLUH� D� JD]HORU� GH� DUGHUH� GXS�� WUHFHUHD�
UDGLDO��SHVWH�VHUSHQWLQ��FX�UHOD LD�GH�YHULILFDUH�
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
209
( ) pggN
scrcr
cD
SK
amfamr etttt⋅
⋅−
⋅−+= [oC] (5.29)
unde tam este temperatura medie a agentului secundar (apa). 5H]XOW��IOX[XO�GH�F�OGXU��WUDQVPLV�vQ�WUHFHUHD�UDGLDO��D�JD]HORU�GH�DUGHUH��
( ) 310−⋅−⋅⋅= rfpggNr ttcDQ [kW] (5.30)
&DOFXOXO�WHUPLF�DO�VHUSHQWLQHL�IRFDU�OD�VF �OGDUHD�ORQJLWXGLQDO�
��ID ��GH�D[XO�FD]DQXOXL� Cunoscând� WHPSHUDWXUD� JD]HORU� GH� DUGHUH� OD� LHúLUHD� GLQ� WUHFHUHD� UDGLDO�� úL�
GHELWXO�GH�JD]H�GH�DUGHUH�vQ�FXUJHUHD�ORQJLWXGLQDO���ID ��GH�D[D�FD]DQXOXL��GLQ�VSDWHOH�SULPHL�VSLUH�D�VHUSHQWLQHL����VH�SRDWH�FDOFXOD�WUDQVIHUXO�GH�F�OGXU��FRQYHFWLY�FH�UH]XOW��
Pentru a cDOFXOD� DFHVW� IOX[� GH� F�OGXU�� VH� LQL LDOL]HD]�� WHPSHUDWXUD� GH� LHúLUH� D�
gazelor de ardere OD�VIkUúLWXO�WUDQVIHUXOXL�GH�F�OGXU� SHVWH�SULPD�VSLU���Ws1) la valoarea
de 200 o&�úL�se determiQ� parametrii fizici ai gazelor de ardere la 2
ttt 1sr
ml
+= :
- vkVFR]LWDWHD�FLQHPDWLF�� ν = [m2/s] - FRQGXFWLELOLWDWHD�WHUPLF�� λ = [W/mK] - criteriul Prandtl Pr = [-] - F�OGXU��VSHFLILF�� cpg = [J/m3
NK]
&RQYHF LD�DUH�XUP�WRDUHOH�FDUDFWHULVWLFL� - FRQYHF LH�IRU DW�� - I�U��VFKLPEDUH�GH�ID]�� - FXUJHUH�WUDQVYHUVDO��SHVWH� eDY� gofrat� P�UJLQLW��GH�SHUHWH; - OD�U�FLUHD�IOXLGXOXL�
0�ULPLOH�JHRPHWULFH�LPSOLFDWH�vQ�DFHDVW��FRQYHF LH�VXQW� - OXQJLPHD�FDUDFWHULVWLF�� �GLDPHWUXO�KLGUDXOXLF�DO�FDQDOHORU�FH�VH�IRUPHD]��
între� Hava gofrat��úL�SHUHWH, conform figurii 5.5.; DFHDVW��OXQJLme se poate DSUR[LPD�FX�O� LPHa canalului (lcanal §�Kcanal).
5. CALCULUL TERMIC AL CAZANELOR CU CONDENSATIE
210
Figura 5.7. – Formarea canalelor de trecere la serpentina 1
- VHF LXQHD� GH� FXUJHUH� �6c�� � VXPD� VHF LXQLL�� SH� GLUH LD� SHUSHQGLFXODU��curgerii, a tuturor canalelor de curgere formate:
mfmlcc DSS ⋅⋅⋅= π/5,0 [m2] (5.31)
- VXSUDID D� GH� VFKLPE� GH� F�OGXU�� vQ� FXUJHUHD� UDGLDO�� �6scr�� � MXP�WDWH� GLQ�
VXSUDID D� WRWDO�� GH� WUDQVIHU� GH� F�OGXU�� D� spirei�� GHRDUHFH� VH� FRQVLGHU��FRQYHF LD� de OD� WUHFHUHD� UDGLDO�� SkQ�� OD� LQWHUVHF LD� FX� XUP�WRUXO� jet din FXUJHUH� UDGLDO� (DGLF�� SkQ�� în XUP�WRDUHD� VHF LXQH� GH� GLDPHWUX�PHGLX� D�serpentinei):
mfmltsc DSS ⋅⋅⋅= π/5,0 [m2] (5.32)
6H�GHWHUPLQ��YLWH]D�FDUDFWHULVWLF��WUDQVIHUXOXL�GH�F�OGXU���
c
ml
g
gS
tD
w 273
273+⋅
= [m/s] (5.33)
unde Dg este debitul normal de gaze de ardere prin spatele spirei 1
úL�FULWHULXO�5H�SHQWUX�FXUJHUH�� υcg lw ⋅
=Re .
Dint
b
h = a / 2
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
211
3HQWUX�GHWHUPLQDUHD�FRHILFLHQWXOXL�GH�WUDQVIHU�GH�F�OGXU��FRQYHFWLY�VH�IRORVHVF�UHOD LLOH (5.26) sau (5.27).
Coeficientul de� WUDQVIHU�GH�F�OGXU��SULQ�UDGLD LH�VH�QHJOLMHD]��GDWRULW��OXQJLPLL�
GH�UDGLD LH�IRDUWH�PLFL��GH�RUGLQXO�GHVFKLGHULL�GLQWUH�JRIUH��� $VWIHO��FRHILFLHQWXO�JOREDO�GH�WUDVIHU�GH�F�OGXU��GHYLQH�
ccK α⋅= 9,0 [W/m2K] (5.34) unde 0,9 este un coefiFLHQW�GH�UHGXFHUH�FH� LQH�VHDPD�GH�UH]LVWHQ D�WHUPLF��GH�
WLS� FRQGXFWLY� D� SHUHWHOXL�PHWDOLF� úL� GH� UH]LVWHQ D� WHUPLF�� GH� WLS� FRQYHFWLY� SH� SDUWHD�apei.
6H� GHWHUPLQ�� WHPSHUDWXUD� UHDO�� GH� LHúLUH� D� JD]HORU� GH� DUGHUH� FX� UHOD LD� GH�
verificare:
( ) pgg
scc
cD
SK
amrams etttt⋅⋅
−
⋅−+=1 [oC] (5.35)
unde tam este temperatura medie a agentului secundar (apa). 5H]XOW�� IOX[XO� GH� F�OGXU�� WUDQVPLV� vQ� WUHFHUHD� UDGLDO�� D� JD]HORU� GH� DUGHUH la
exteriorul spirei 1:
( ) 311 10−⋅−⋅⋅= srpggs ttcDQ [kW] (5.36)
Modelul de calcul aplicat pentru prLPD� VSLU�� VH� UHLD� SHQWUX� XUP�WRDUHOH� VSLUH�
����� úL� ��� FX� GLIHUHQ D� F�� LQWUDUHD� vQ� ]RQD� GH� WUDQVIHU� GH� F�OGXU�� QX�PDL� HVWH� D� XQXL�GHELW� FX� VXUV�� XQLF�� GH� SURYHQLHQ �� FL� D� XQXL� DPHVWHF� GH� JD]H� GH� DUGHUH�� FRQIRUP�schemei de curgere.
Astfel:
- la exteriorul spirei 2 va curge un amestec de : • 1/8 DgN cu temperatura ts1 rezultat din trecerea la exteriorul spirei 1 • 2/8 DgN cu temperatura tr UH]XOWDW�GLQ�WUHFHUHD�UDGLDO��vQWUH�VSLUD���úL�
spira 2. úL�YD�JHQHUD�IOX[XO�GH�F�OGXU��XWLO�4s2.
- la exteriorul spirei 3 va curge un amestec de :
• 3/8 DgN cu temperatura ts2 rezultat din trecerea la exteriorul spirei 2
5. CALCULUL TERMIC AL CAZANELOR CU CONDENSATIE
212
• 2/8 DgN cu temperatura tr UH]XOWDW�GLQ�WUHFHUHD�UDGLDO��vQWUH�VSLUD���úL�spira 3.
úL�YD�JHQHUD�IOX[XO�GH�F�OGXU��XWLO�4s3.
- la exteriorul spirei 4 va curge un amestec de :
• 5/8 DgN cu temperatura ts3 rezultat din trecerea la exteriorul spirei 3 • 2/8 DgN cu temperatura tr UH]XOWDW�GLQ�WUHFHUHD�UDGLDO��vQWUH�VSLUD���úL�
spira 4. úL�YD�JHQHUD�IOX[XO�GH�F�OGXU��XWLO�4s4.
Calculul global al serpentinei focar Fluxul dH�F�OGXU��WRWDO�VFKLPEDW�GH�VHUSHQWLQD���GHYLQH��
∑=
++=4
11
i
sirfserp QQQQ [kW] (5.37)
Intr-XQ� FDOFXO� DXWRPDW�� VH� IDF� YHULILF�UL� GH� FRQFRUGDQ �� vQWUH� WHPSHUDWXULOH�
LQL LDOL]DWH�SH�SDUFXUVXO�FDOFXOXOXL�úL�FHOH�UH]XOWDWH�GLQ�FDOFXO��I�FkQGX-VH�QXP�UXO�Ge LWHUD LL�QHFHVDU�SHQWUX�vQFKLGHUHD�DFHVWRUD�VXE�R�HURDUH�DGPLVLELO���GH�H[HPSOX�����oC). In cazul calculului manual acest lucru nu este posibil, acceptându-se erorile rezultate GLQ� SUHGLF LLOH� DSUR[LPDWLYH�� 'DWRULW�� DFHVWHL� SDUWLFXODULW� L�� WHPSHUDWXUD� ILQDO�� D�JD]HORU�GH�DUGHUH�OD�LHúLUHD�GLQ�VHUSHQWLQD���úL�LQWUDUHD�vQ�VHUSHQWLQD���VH�YD�FDOFXOD�FX�UHOD LD�JOREDO��
1
1
1 tserp
pg
gN
serp
t
tt
pg
serpc
D
Qtc
t
−⋅
= [oC] (5.38)
(unde tt
pgc úL 1tserp
pgc VXQW� F�OGXULOH� VSHFLILFH� ale gazelor de ardere la
WHPSHUDWXUD� WHRUHWLF�� úL� UHVSHFWLY� OD� WHPSHUDWXUD� GH� LHúLUH� GLQ� VHUSHQWLQD� �� �FDOFXO�iterativ) )
úL�QX�FX�UHOD LD�GH�FDOFXO�D�WHPSHUDWXULL�DPHVWHFXOXL�GH�JD]H�
• 7/8 DgN cu temperatura ts4 rezultat din trecerea la exteriorul spirei 4 • 1/8 DgN cu temperatura tr UH]XOWDW�GLQ�WUHFHUHD�UDGLDO��vQWUH�VSLUD���úL�
corpul central deflector.
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
213
Calculul termic al serpentinei 2 (serpentina convectiv)
3HQWUX�D�FDOFXOD�IOX[XO�GH�F�OGXU��VHQVLELO��VFKLPEDW�GH�VHUSHQWLQD����SDUWHD�GLQ�
serpentina cazanului cupULQV�� vQWUH� FRUSXO� FHQWUDO� GH� GLULMDUH� D� JD]HORU� GH� DUGHUH� úL�peretele exterior al cazanului) se GHWHUPLQ�� SDUDPHWULL� IL]LFL� DL� JD]HORU� GH� DUGHUH� OD�
221
2serpserp
m
ttt
+= , unde cos2 tt serp = :
- YkVFR]LWDWHD�FLQHPDWLF�� ν = [m2/s] - conductibiliWDWHD�WHUPLF�� λ = [W/mK] - criteriul Prandtl Pr = [-] - F�OGXU��VSHFLILF�� cpg = [J/m3
NK]
&RQYHF LD�DUH�XUP�WRDUHOH�FDUDFWHULVWLFL� - FRQYHF LH�IRU DW�� - I�U��VFKLPEDUH�GH�ID]�� - FXUJHUH�WUDQVYHUVDO��SHVWH� HDY��JRIUDW��P�UJLQLW��GH�SHUH L� - OD�U�FLUHD�IOXidului. 0�ULPLOH�JHRPHWULFH�LPSOLFDWH�vQ�DFHDVW��FRQYHF LH�VXQW� - OXQJLPHD�FDUDFWHULVWLF�� �GLDPHWUXO�KLGUDXOXLF�DO�FDQDOHORU�FH�VH�IRUPHD]��
vQWUH� HDYD�JRIUDW��úL�SHUHWH��FRQIRUP�ILJXULL�5.8.; DFHDVW��OXQJLPH�VH�SRDWH�DSUR[LPD�FX�O� LPHD�FDQDOXOXL��Ocanal §�Kcanal).
- VHF LXQHD� GH� FXUJHUH� �6c2�� � VXPD� VHF LXQLL�� SH� GLUH LD� SHUSHQGLFXODU��curgerii, a tuturor canalelor de curgere formate:
mfmlcc DSS ⋅⋅= π/2 [m2] (5.39)
- VXSUDID D� GH� VFKLPE� GH� F�OGXU�� �6sc2�� � VXSUDID D� WRWDO�� GH� WUDQVIHU� GH�
F�OGXU� a serpentinei:
2/2 tmfmltsc nDSS ⋅⋅⋅= π [m2] (5.40)
unde nt2 este nuP�UXO�GH�VSLUH�DO�VHUSHQWLQHL���
6H�GHWHUPLQ��YLWH]D�FDUDFWHULVWLF��WUDQVIHUXOXL�GH�F�OGXU���
2
2
2273
273
c
m
gN
gS
tD
w
+⋅
= [m/s] (5.41)
5. CALCULUL TERMIC AL CAZANELOR CU CONDENSATIE
214
Figura 5.8. – formarea canalelor de trecere la serpentina 2
úL�FULWHULXO�5H�SHQWUX�FXUJHUH�� υcg lw ⋅
= 2Re .
3HQWUX�GHWHUPLQDUHD�FRHILFLHQWXOXL�GH�WUDQVIHU�GH�F�OGXU��FRQYHFWLY�VH�IRORVHVF�
UHOD LLOH��5.26) sau (5.27). &RHILFLHQWXO�GH�WUDQVIHU�GH�F�OGXU��SULQ�UDGLD LH�VH�QHJOLMHD]��GDWRULW��OXQJLPLL�
GH� UDGLD LH� IRDUWH� PLFL� �GH� RUGLQXO� GHVFKLGHULL� GLQWUH� JRIUH�� úL� D� WHPSHUDWXULL� PHGLL�VF�]XWH.
$VWIHO��FRHILFLHQWXO�JOREDO�GH�WUDVIHU�GH�F�OGXU��GHYLQH�
22 9,0 ccK α⋅= [W/m2K] (5.42) unde 0,9 este�XQ�FRHILFLHQW�GH�UHGXFHUH�FH� LQH�VHDPD�GH�UH]LVWHQ D�WHUPLF��GH�
WLS� FRQGXFWLY� D� SHUHWHOXL�PHWDOLF� úL� GH� UH]LVWHQ D� WHUPLF�� GH� WLS� FRQYHFWLY� SH� SDUWHD�apei.
6H� GHWHUPLQ�� WHPSHUDWXUD� UHDO�� GH� LHúLUH� D� JD]HORU� GH� DUGHUH� FX� UHOD LD� GH�
verificare:
( ) pggN
scc
cD
SK
amsams etttt⋅⋅
−
⋅−+=22
12 [oC] (5.43)
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
215
5H]XOW��IOX[XO�GH�F�OGXU��WUDQVPLV�vQ�serpentina 2:
( ) 3212 10−⋅−⋅⋅= sspggNs ttcDQ [kW] (5.44)
)OX[XO�WRWDO�GH�F�OGXU��VHQVLELO��WUDQVPLV�vQ�FD]DQ�GHYLQH�
21 ss
sensibil
tot QQQ += [kW] (5.45)
&DOFXOXO�WHUPLF�OD�IXQF LRQDUHD�vQ�UHJLP�GH�FRQGHQVD LH��VHUSHQWLQD��� 6H�YHULILF��vQ�SULPXO�UkQG�H[LVWHQ D�FRQGL LHL�GH�FRQGHQVDUH�
rouaper tt ≤ , unde amper tt = (5.46)
GXS�� FDUH� VH� FDOFXOHD]�� WHPSHUDWXUD� VWUDWXOXL� OLPLW�� GH� FRQGHQVDUH� FD� R�PHGLH� vntre WHPSHUDWXUD�JD]HORU�GH�DUGHUH�úL�WHPSHUDWXUD�SHUHWHOXL�
2limpergm tt
t+
= (5.47)
6H�FDOFXOHD]��DSRL�FRQVWDQWHOH�IL]LFH�DOH�JD]HORU�GH�DUGHUH�GLQ�VWUDWXO�OLPLW���
��FRHILFLHQWXO�GH�GLIX]LH�PROHFXODU���'if ��coeficientul de viscozitate cinematLF���ng
úL�UH]XOW��FULWHULXO�6&+0,'7�
if
g
DSc
ν= (5.48)
Pentru calculul criteriului SHERWOOD, caracteristic difuziei turbulente, se
FDOFXOHD]��FLIUD�5(<12/'6�SHQWUX�JD]HOH�GH�DUGHUH�GLQ�VWUDWXO�OLPLW��
g
echg
g
dw
ν⋅
=limRe úL apoi
33,08,0limRe023,0 ScSh g ⋅⋅= (5.49)
&RHILFLHQWXO� GH� WUDQVIHU� GH� PDV�� � �� �� DQDORJ� FX� FRHILFLHQWXO� GH� WUDQVIHU� GH�F�OGXU���.���VH�FDOFXOHD]��FX�UHOD LD�
5. CALCULUL TERMIC AL CAZANELOR CU CONDENSATIE
216
ech
if
d
DSh ⋅=β (5.50)
&DOFXOXO� GHELWXOXL� GH�FRQGHQV�SH� VXSUDID �� VH� IDFH�GXS�� UHOD LD�GH� WUDQVIHU�GH�
PDV��vQ�FDUH�JUDGLHQWXO�PRWRU�HVWH�GLIHUHQ D�GH�FRQFHQWUD LL��UHVSHFWLY�SUHVLXQL�SDU LDOH�D�YDSRULORU�GH�DS��vQWUH�JD]HOH�GH�DUGHUH�úL�SHUHWH�
( )273
02157,022 +
⋅−⋅=gm
per
OH
gaz
OHmast
ppJ β [kg/s•m2] (5.51)
În care termenul ( )
+⋅−
273
02157,022
gm
per
OH
gaz
OHt
pp reprH]LQW�� GLIHUHQ D� GLQWUH�FRQFHQWUD LLOH� GH�H2O� vQ� JD]H� úL� OD�SHUHWH��GHRDUHFH�FRQFHQWUD LD�YDSRULORU�GH�DS�� vQ�amestec este:
27322 +
⋅=gm
OHOHt
R
M
pC ; 98066dim22 ⋅= a
OHOH pp [Pa] (5.52)
cu dim2
a
OHp exprimat adimensional (conform calculului de ardere). 'DF��VXSUDID D�GH�FRQGHQVDUH�OXDW��vQ�FRQVLGHUDUH�SHQWUX�HOHPHQWXO�GH�FDOFXO�HVWH�Scond���UH]XOW��F��GHELWXO�GH�FRQGHQVDW�RE LQXW�SH�VXSUDID D�HOHPHQWXOXL�YD�IL�
condmascond SJG ⋅= [kg/s] (5.53)
)OX[XO� GH� PDV�� GHWHUPLQ�� XQ� IOX[� HFKLYDOHQW� GH� F�OGXU�� GH� FRQGHQVDUH� SULQ PXOWLSOLFDUH� FX� F�OGXUD� ODWHQW�� GH� FRQGHQVDUH� r�� 6H� UHYLQH� OD� R� UH]LVWHQ �� WHUPLF��GLIX]LY��5dif�SULQ�UDSRUWDUHD�OD�VXSUDID ��úL�OD�GLIHUHQ D�GH�WHPSHUDWXU��JD]H�GH�DUGHUH�– DS���,QYHUVXO�UH]LVWHQ HL�GLIX]LYH�HVWH�FRHILFLHQWXO�HFKLYDOHQW�GH�FRQYHF LH�GLIX]LY��.dif.
,Q�JD]HOH�GH�DUGHUH�LQL LDOH�FDQWLWDWHD�GH H2O a fost: in
OHgN
in
OH CDG 22 ⋅= [kg/s] (5.54)
In gazele de ardere finale cantitatea de H2O va fi:
GH2Ofin = GH2Oin – Gcond [kg/s] (5.55)
5H]XOW��FRQFHQWUD LD�ILQDO��GH�+2O :
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
217
gN
fin
OHfin
OHD
GC 2
2 = (5.56)
127$��SHQWUX�VLPSOLILFDUHD�FDOFXOXOXL��GDWRULW�� WHPSHUDWXULL�VF�]XWH�D�JD]HORU�de ardere nu s-DX�PDL�FRQVLGHUDW�FRUHF LLOH�GH�WHPSHUDWXU��SHQWUX�WUHFHUHD�GH�OD�GHELWXO�normal la cel real�úL�LQYHUV.
3UHVLXQHD�SDU LDO��DEVROXW��>3D@�ILQDO� va fi:
pH2O
fin = CH2O
fin • 461,9 • (tgm + 273) (5.57)
úL�SUHVLXQHD�SDU LDO��>EDU@��
( )5,98066
2
2
fin
fin OH
OH
padmp = (5.58)
&RHILFLHQWXO�FRQYHFWLY�DO�FRQGHQV�ULL�SH�SHUHWH�HVWH��.cd=1/Rcd �úL�VH�FDOFXOHD]��
FX�UHOD LD�FODVLF��GH�FRQGHQVDUH� ( )( )4
1
652,0 per
roua
gaz
rouaeccd ttdA −⋅⋅⋅=α (5.59)
unde Ac�HVWH�R�FRQVWDQW��IXQF LH�de parametri fizici ai apei din pelicula de condens la WHPSHUDWXUD�GH�FRQGHQVDUH��SUH]HQWDW��vQ�WDEHOXO�XUP�WRU:
&DUDFWHULVWLFL�IL]LFH�DOH�DSHL�OD�VDWXUDWLH�úL�FRQVWDQWD�$c tr
[oC] λ
W/m•K r
J/kg ρapa
kg/mc ρab
kg/mc
ν m/s2
Ac [ - ]
40 0,6338 2406000 992,16 0,05115 6,59E-7 9752,67 50 0,6478 2383000 988,04 0,08306 5,56E-7 10308,5 60 0,6594 2358000 983,19 0,1302 4,79E-7 10801,3 70 0,6676 2333000 977,71 0,1982 4,15E-7 11253,8 80 0,6745 2308000 971,82 0,2934 3,66E-7 11653,5 90 0,6804 2282000 965,34 0,4235 3,26E-7 12019,5 100 0,6827 2257000 958,31 0,5977 2,95E-7 12297,7 PHQWUX�FDOFXO�DXWRPDW�VH�SRDWH�XWLOL]D�UHOD LD�GH�UHJUHVLH�H[SRQHQWLDO��
Ac = 9130 + 141,37 • ( tURX�� - tpe ) 0,774553 (5.60)
&RHILFLHQWXO�FRPSXV�GH�WUDQVIHU�GH�F�OGXU��SULQ�FRQGHQVDUH�YD�IL� .cond = 1 / Rcond (5.61)
5. CALCULUL TERMIC AL CAZANELOR CU CONDENSATIE
218
unde
Rcond = Rdif + Rcd (5.62)
&X�DFHVWH�GDWH�VH�SRDWH�FDOFXOD�FRPSOHW�WUDQVIHUXO�GH�F�OGXU� úL PDV��vQ�SURFHVXO�GH�FRQGHQVDUH�úL�VH�RE LQ�SDUDPHWULL�ILQDOL��
,Q� FRQWLQXDUH� VH� SXQH� FRQGL LD� FD� YDORDUHD� LQL LDO� DWULEXLW�� VDUFLQLL� WHUPLFH��randamentului (eficieQ HL��úL�UHVSHFWLY�WHPSHUDWXULL�JD]HORU�GH�DUGHUH�OD�FRú��V��QX�GLIHUH�FX�PDL�PXOW�GH������ID ��GH�YDORDUHD�FDOFXODW���'DF��QX�VH�vQGHSOLQHúWH�FRQGL LD��VH�UHLD�calculul cu noua valoare a parametrilor de intrare.
6. CALCULUL TERMIC AL C$=$1(/25�)81&�,21Æ1' CU ARDEREA
LEMNULUI PRIN GAZEIFICARE (ARDERE INVERS��
219
CAPITOLUL 6.
CALCULUL TERMIC AL C$=$1(/25� )81&�,21Æ1'
CU ARDEREA LEMNULUI PRIN GAZEIFICARE
�$5'(5(�,19(56���
6.1. Analiza constructiv-IXQF LRQDO��D�FD]DQHOor cu combistibil solid - lemne
&D]DQHOH�PLFL� GH� vQF�O]LUH� FX� OHPQH� DSOLF�� GLQ�FH� vQ�FH�PDL�PXlt sistemul de DUGHUH� LQYHUVDW��� 6LVWHPXO� UHSUH]LQW�� DUGHUHD� úDUMHL� GH� OHPQH� vQWU-R� ]RQ�� ELQH�GHOLPLWDW��OD�ED]D�VWUDWXOXL��)D]HOH�VSHFLILFH�DUGHULL�FRPEXVWLELOLORU�VROL]L�VH�VXFFHG�FX�rapiditate într-R� ]RQ�� � vQJXVW�� ID �� GH� JURVLPHD� VWUDWXOXL� GH� úDUM�� D� Oemnelor împiedicându-VH�IXQF LRQDO�DSDUL LD�IHQRPHQXOXL�GH�³DPEDODUH´�D�DUGHULL�vQ�WRDW��PDVD�de combustibil.
In figura 6.�� HVWH� VFKHPDWL]DW�� DUGHUHD� VWUDWXOXL� vQ� VLVWHP� FODVLF�� GLUHFW�� &D�SULQFLSLX�JHQHUDO��OD�DUGHUHD�GLUHFW��vQ�VWUDW��DHUXO�SULPDU�GH�DUdere produce un debit de JD]H�GH�DUGHUH�FH�VWU�EDWH�VWUDWXO� úL�GXFH� OD�DSDUL LD�GLYHUVHORU�ID]H�GH�DUGHUH��DUGHUH�UH]LGXX�FDUERQRV��GHYRODWLOL]DUH�úL�vQF�O]LUH�FX�XVFDUH��vQ�WRDW��PDVD�GH�FRPEXVWLELO�FH�IRUPHD]�� R� úDUM�� GH� DOLPHQWDUH�� 5H]XOW�� OD� SDUWHD� VXSHULRDU�� D� VWUDWXOXL� XQ� GHELW� GH�JD]H�GH�DUGHUH�LQFRPSOHW�� vQ�DPHVWHF�FX�VXEVWDQ H�YRODWLOH�FRPEXVWLELOH�úL�XPLGLWDWH��Acest debit de gaze combustibile, rezultat practic din întreaga grosime a stratului, SULPHúWH�DHUXO�VHFXQGDU�GH�DUGHUH�úL�JHQHUHD]��JD]H�GH�DUGHUH�FRPSOHW���
Fig. 6.1 Focar cu gr�tar cu ardere direct� a stratului de lemne 1. corp cazan cu pereti raciti cu apa; 2. gratar; 3. strat de lemne; 4. insuflare de aer primar de ardere;
5. zona de ardere a cocsului; 6. camera de ardere a produselor de gazeificare; 7. insuflare de aer secundar; 8. tevi convective; 9. evacuarea gazelor de ardere.
1
2
3
4
5
6 7
8
9
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
220
&RQFOX]LD�HVWH�F�� vQ�UHJLPXO�QRUPDO�GH�OXFUX�DO�JU�WDUXOXL�DSDUH�IHQRPHQXO�GH�
³DPEDODUH´� D� VWUDWXOXL�� DGLF�� DSDUL LD� XQHL� VDUFLQL� WHUPLFH� FDUH� GHS�úHúWe sarcina WHUPLF�� SURLHFWDW�� D� FD]DQXOXL��5H]XOWDWXO� HVWH� GHS�úLUHD� WHPSHUDWXULL�PD[LPH� D� DSHL�GLQ� FD]DQ� FKLDU� úL� vQ� FRQGL LLOH� XQRU� VLVWHPH� PHFDQLFH� GH� LQWURGXFHUH� D� DHUXOXL� GH�DUGHUH�úL�DSDUL LD�VLWXD LHL�GH�DYDULH�GH�VXSUDWHPSHUDWXU���3HQWUX�D�HYLWD�DFHst fenomen WUHEXLH�UHGXV��JURVLPHD�VWUDWXOXL�GH�FRPEXVWLELO��FHHDFH�GXFH�OD�úDUMH�FX�WLPS�VFXUW�GH�acoperire a necesarului termic.
In cazul arderii inverse, conform schemei din figura 6.2.�� GDWRULW�� SURSDJ�ULL�IURQWXOXL� GH� IODF�U�� vQ� FRQWUDFXUHQW� FX� DHUXO� de ardere (primar), fenomenul de DSULQGHUH�QHFRQWURODW��D�VWUDWXOXL�QX�PDL�DSDUH��FHHDFH�SHUPLWH�UHDOL]DUHD�XQRU�UH]HUYH�semnificative de combustibil printr-R�JURVLPH�IRDUWH�PDUH�GH�VWUDW��$VWIHO�VH�UHDOL]HD]��DXWRQRPLL� GH� IXQF LRQDUH� FX� R� vQF�UF�WXU�� �úDUM��� GH� SkQ�� OD� ��� RUH� GH� IXQF LRQDUH�QRUPDO��������GLQ�VDUFLQD�QRPLQDO���
Fig. 6.2. Focar cu gr�tar cu ardere invers� a stratului de lemne. 1. corp cazan cu pereti raciti cu apa; 2. gratar; 3. buncar de lemne;
4. insuflare de aer de ardere; 5. zona de aprindere a lemnelor; 6. camera de ardere a produselor de gazeificare; 7. intoarcere a gazelor de ardere; 8. tevi
convective; 9. evacuarea gazelor de ardere. ÌQ�FRQWDFW�FX�R�]RQ��VWDELO��GH�DUGHUH��OHPQHOH�GH�GHDVXSUD�JU�WDUXOXL�VH�DSULQG�
úL�VXIHU��XQ proces de gazeificare��ÌQ�SUH]HQ D�XQHL�FDQWLW� L�VXILFLHQWH�GH�DHU�SHQWUX�DUGHUH�FRPSOHW���FDUH�DQWUHQHD]��VXE�JU�WDU�SURGXVHOH�GH�JD]HLILFDUH��DFHVWHD�DUG�vQWU-o FDPHU��GH�DUGHUH��$LFL�HVWH�GH�PHQ LRQDW�GLIHUHQ D�GH�SURFHV�ID ��GH�DUGHUHD�GLUHFW��D�straWXOXL��/D� DUGHUHD�GLUHFW��� VWUDWXO�GH�FRPEXVWLELO� vQ�DUGHUH� VH�GH]YROW�� SH�YHUWLFDO��
1
2
3
5
6
4
8
7
9
6. CALCULUL TERMIC AL C$=$1(/25�)81&�,21Æ1' CU ARDEREA
LEMNULUI PRIN GAZEIFICARE (ARDERE INVERS��
221
RULFkW�GH�PXOW�� vQ�OLPLWD�DHUXOXL�GLVSRQLELO��úL� vQWRWGHDXQD��GDWRULW��UHDFWLYLW� LL�PDUL�D�FDUERQXOXL� OD� WHPSHUDWXUL� ULGLFDWH�� DUGHUHD� HVWH� LQFRPSOHW��� 'H� DFHHD� HVWH� WRWGeauna QHFHVDU�FD�OD�DUGHUHD�GLUHFW��V��VH�LQVXIOH�GHDVXSUD�VWUDWXOXL�DHU�VHFXQGDU��DSUR[LPDWLY�FX�DFHODúL�GHELW�FD�úL�DHUXO�SULPDU��SHQWUX�D�GD�R[LJHQXO�QHFHVDU�DUGHULL�YRODWLOHORU�úL�gazelor de gazeificare a cocsului. /D� DUGHUHD� LQYHUV��� VWUDWXO� GH� cocs este numai pe periferia buF� LORU� GH� OHPQ�� OD� SRU LXQHD� LQIHULRDU�� D� VWUDWXOXL�� � úL� QX� VH� GH]YROW�� vQ�VXVXO� VWUDWXOXL� GHRDUHFH� FXUHQWXO� GH� DHU� GH� DUGHUH� YLQH� GH� VXV� vQ� MRV�PHQ LQkQG� UHFH�FRPEXVWLELOXO�� $FHVW� IHQRPHQ� GH� DSULQGHUH�� QXPDL� SULQ� FRQGXF LH� úL� UDGLD LH� ORFDO���GLIHUHQ LD]�� IXQGDPHQWDO� DUGHUHD� LQYHUV�� GH� DUGHUHD� GLUHFW�� XQGH� DSULQGHUHD� VH� IDFH�PDL�DOHV�FRQYHFWLY��SULQ�JD]HOH�ILHUELQ L�SURGXVH�GH�VWUDWXULOH�LQIHULRDUH��
'DWRULW�� DFHVWRU� SDUWLFXODULW� L� IXQF LRQDOH�� FD]DQHOH� FX� FRPEXVWLELO� VROLG� FX�
aUGHUH�LQYHUV��DX�GLVWULEX LD�DHU�SULPDU���DHU�VHFXQGDU�vQ�GRPHQLXO�����������- 60% / ���� VSUH� GHRVHELUH� GH� VLVWHPHOH� FX� DUGHUH� GLUHFW�� FDUH� DX� DFHODúL� UDSRUW� YDULLQG� vQ�domeniul 50% / 50% - 40% / 60%.
6LVWHPXO�GH� DUGHUH� LQYHUV�� D� FRPEXVWLELOXOXL� VROLG� vQ� VWUDW� DGXFH� úL� R� VHULH�GH�
alte avantaje importante. 'LQ�SXQFW�GH�YHGHUH�DO�FDOLW� LL�DUGHULL��GHRDUHFH� LQVXIODUHD�GH�DHU�VHFXQGDU�VH�
UHDOL]HD]��GH�RELFHL�FRQFHQWUDW��DúD�FXP�UHLHVH�GLQ�VFKHPD�IXQF LRQDO��GLQ�ILJXUD�6.3., SH�R�]RQD�GH�VHF LXQH�UHGXV���VHF LXQHD�GH�WUHFHUH�GLQWUH�EXQF�UXO�FH�DUH�OD�ED]� zona GH� DUGHUH� úL� FDPHUD� IRFDU� U�FLW� GH� DUGHUH� D� SURGXVHORU� JD]RDVH��� VH� UHDOL]HD]�� R�DPHVWHFDUH� IRDUWH� EXQ�� FX� SURGXVHOH� GLQ� FDPHUD� GH� JD]HLILFDUH�� DVLJXUkQGX-se QHFHVDUXO�GH�DHU�GH�DUGHUH�vQ�FRQGL LLOH�XQRr excese de aer�VF�]XWH��&KLDU�GDF��DUGHUHD�VH�UHDOL]HD]��QXPDL�FX�DHU�SULPDU��SULQ�DFFHOHUDUHD�GHELWXOXL�FRPELQDW�GH�DHU�vQ�H[FHV cu produsele� GH� DUGHUH� LQFRPSOHW�� úL� cu volatilele la trecerea prin reducerea de VHF LXQH�� VH� UHDOL]HD]�� GH� DVHPHQHD� FRQGL LL� IDYRUDELOH� GH� DPHVWHFDUH�� FH� FUHHD]��SUHPL]HOH� XQHL� DUGHUL� FRPSOHWH� OD� H[FHVH� GH� DHU� PLFL�� $G�XJkQG� HOHPHQWXO� GH�VWDELOL]DUH� D� DUGHULL� FRQVWLWXLW� GH� WHPSHUDWXUD� ULGLFDW�� D� FDQDOXOXL� GH� WUHFHUH� úL�SRVLELOLWDWHD�vQ�FDPHUD�GH�DUGHUH�U�FLW�, de dirijare a gazHORU�GH�DUGHUH�SHVWH�VXSUDIH H�UHIUDFWDUH�ILHUELQ L��UH]XOW��R�UHGXFHUHD�VXEVWDQ LDO��D�&29�QHDUVH�HOLPLQDWH�FX�JD]HOH�GH� DUGHUH� úL� XQ� QLYHO� GH� FRQFHQWUD LL� GH� R[LG� GH� FDUERQ� FRPSDUDELOH� FX� FHOH�FDUDFWHULVWLFH�DUGHULL�FRPEXVWLELOLORU�JD]RúL�vQ�VLVWHPH�DXWRaspirante.
'LQ� SXQFW� GH� YHGHUH� IXQF LRQDO�� GHRDUHFH� SULQ� FDUDFWHULVWLFLOH� SDUWLFXODUH�VLVWHPXOXL��RSULUHD�SURFHVXOXL�GH�DUGHUH�HVWH�DSURDSH�FRPSHW��SULQ�RSULUHa�LQVXIO�ULL�GH�DHU��VSUH�GHRVHELUH�GH��DUGHUHD�GLUHFW��vQ�VWUDW�XQGH�RSULUHD�LQVXIO�ULL�GH�DHU�QX�GXFH�úL�OD� RSULUHD�GHJDM�ULORU� GH�YRODWLOH� GLQ� VWUDW�� UH]XOW�� SRVLELOLWDWHD�XQXL� FRQWURO� úL� D�XQHL�DVLJXU�UL�D�FD]DQHORU�PXOW�PDL�VWULFWH�úL�HILFLHQWH��
0DL� PXOW�� GDWRULW�� VLVWHPXOXL� VSHFLILF� GH� DSULQGHUH� úL� VWDELOL]DUH� D� DUGHULL� vQ�strat, ce permite înc�UFDUHD� FX� úDUMH� PDUL�� VH� FRQVWLWXLH� vQ� DYDQWDM� IXQF LRQDO� úL�FRQWLQXLWDWHD�SURFHVXOXL�GH�DUGHUH��GH�WLS�SURFHV�VWD LRQDU�
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
222
Fig. 6.�����6FKHPD�IXQF LRQDO��GH�DUGHUH�OD�VROX LLOH�FX�³GX]�´
de trecere a produselor de gazeificare /D� QLYHOXO� H[SORDW�ULL� FXUHQWH� HVWH� GH� UHPDUFDW� vQ� SULPXO� UkQG� IDSWXO� F��
GHVFKLGHUHD�XúLL�GH�DOLPHQWDUH�QX�GXFH�OD�FRQWDFWXO�FX�VWrDWXO�GH�DUGHUH��FHHDFH�HOLPLQ��SRVLELOLWDWHD�GH�DFFLGHQWDUH�GLUHFW��VDX�SULQ�F�GHUL�GH�FRPEXVWLELO�DSULQV�GLQ�FD]DQ� În cDPHUD�GH�DUGHUH�LQIHULRDU���DHUXO�ILLQG�vQ�GHELW�VXILFLHQW��VH�SURGXFH�DUGHUHD�FRPSOHW���*D]HOH�GH�DUGHUH�XUPHD]��DSRL�WUDVHXO�SULQ� HYLOH�GUXPXOXL�FRQYHFWLY�úL�VXQW�DSRL� HYDFXDWH� OD� FRú�� FLUFXOD LD� ORU� ILLQG� DVLJXUDW�� GH� XQ� H[KDXVWRU��(VWH� DYDQWDMRDV��funF LRQDUHD�FD]DQXOXL�vQ�GHSUHVLXQH�GHRDUHFH�VH�HYLW��VF�S�ULOH�GH�JD]H�GH�DUGHUH�SULQ�QHHWDQúHLW� L� Procesul din camera de deasupra stratului fiind preponderent de gazeificare, WHPSHUDWXUD�QX�HVWH�vQDOW���6SHFLILFH�SHQWUX��SURFHVXO�GH�JD]HLILFDUH�VXQW�WHmperaturile de 600 – 900 0&��&RQWDFWXO��JU�WDUXOXL�FX�XQ�FRPEXVWLELO�FX�WHPSHUDWXU��UHODWLY�MRDV��úL�FX�DHUXO�GH�DUGHUH�FDUH�DUH�XQ�SXWHUQLF�HIHFW�GH�U�FLUH��IDFH�FD�WHPSHUDWXUD�EDUHORU�GH�JU�WDU� VDX� a DPEUD]XULL� GH� LHúLUH� D� JD]HORU� V�� ILH� PXOW� PDL� MRDV�� Gecât în arderea GLUHFW��� GHFL� QX� YRU� IL� QHFHVDUH� PDWHULDOH� UHIUDFWDUH� GH� FDOLWDWH� VXSHULRDU�� SHQWUX� D�DVLJXUD�GXUDELOLWDWHD�JU�WDUXOXL�� 3DUWLFXODULWDWHD� GH� SRUQLUH� OD� FD]DQHOH� FX� DUGHUH� LQYHUV�� HVWH� GDW�� GH� WUHFHUHD�curgerii gazelor din sistem invers, cX�VWU�EDWHUHD�FRQYHFWLYXOXL, în sistem direct,� I�U��VWU�EDWHUHD� FDPHUHL� GH� DUGHUH� U�FLWH� úL� D� FRQYHFWLYXOXL�� SULQWU-R� VHF LXQH� GH� VFXUW-FLUFXLW�� FX� HYDFXDUH� GLUHFW�� OD� FRú�� 6LVWHPXO� GH� WUHFHUH� HVWH� vQ� JHQHUDO�PDQXDO� úL� QX�ULGLF�� SUREOHPH� GH� UHDOL]DUH� WHKQRORJLF�� VDX� GH� PDQLSXODUH� vQ� H[SORDWDUH� FXUHQW���
=RQ��úDPRWDW� ��³JU�WDU´ activ )
Post-ardere SULPDU�
Post-ardere VHFXQGDU�
(cu stabilizare)
Produse de DUGHUH�FRPSOHW�
Corp refractar
Aer primar 100 % - 60 %
Aer secundar 0 % - 40 %
6HF LXQH�GH�trecere a produselor de gazeificare
Strat de combustibil
&DPHU��GH�DS�
6. CALCULUL TERMIC AL C$=$1(/25�)81&�,21Æ1' CU ARDEREA
LEMNULUI PRIN GAZEIFICARE (ARDERE INVERS��
223
3UH]HQ D�DFHVWXL�VLVWHP�DUH�vQV��DYDQWDMXO�DVLJXU�ULL��OD�SRUQLUHD�VLVWHPXOXL�GH�OD�UHFH��D�XQXL�GHELW�GH�JD]H�GH�DUGHUH�GH�WHPSHUDWXU��ULGLFDW���FHHDFH�GXFH�OD�DWLQJHUHD�UDSLG��D�regimului de autotiraj pentrX�FRúXO�GH� IXP��HOHPHQW� IXQF LRQDO�GHRVHELW�GH�DYDQWDMRV�DWkW�SHQWUX�IXQF LRQDUHD�FD]DQXOXL�FkW�úL�SHQWUX�FRQGL LLOH�GH�VLJXUDQ ��D�IXQF LRQ�ULL�vQ�FHQWUDO���VH�HYLW��DSDUL LD�UHIXO�ULORU�GH�JD]H�WR[LFH�VDX�IRUPDUHD�GH�DFXPXO�UL�GH�JD]H�FX�SRWHQ LDO�GH�H[Slozie).
3HULRDGD�GH�DUGHUH�GLUHFW���OD�SRUQLUHD�GH�OD�UHFH�D�VLVWHPHORU�FX�DUGHUH�LQYHUV���WUHEXLH�V��ILH�VXILFLHQW�GH�OXQJ��SHQWUX�D�DVLJXUD�vQF�O]LUHD�]RQHL�UHIUDFWDUH�GH�OD�ED]D�EXQF�UXOXL�GH�FRPEXVWLELO�FH�FRQ LQH�JU�WDUXO� úL� IRUPDUHD�VWUDWXOXL�VXSHUIicial de cox UHDFWLY�OD�VXSUDID D�LQIHULRDU��D�FRPEXVWLELOXOXL�GH�OD�ED]D�VWUDWXOXL��$FHDVW��SHULRDG��HVWH�vQV��PXOW�PDL�VFXUW��GHFkW�FHD�QHFHVDU��VLVWHPHORU�FODVLFH�GH�DUGHUH�FDUH�QHFHVLW��WLPS�DWkW�SHQWUX�vQF�O]LUHD�]RQHORU�úDPRWDWH�FkW�PDL�DOHV�SHQWUX�Iormarea unui strat de MDU� JURV� úL� XQLIRUP� QHFHVDU� LQL LHULL� DUGHULL� OD� vQF�UFDUHD� FX� úDUMD� GH� FRPEXVWLELO�SURDVS�W��6FXUWDUHD�WLPSXOXL�GH�SRUQLUH�OD�UHFH��FRQMXJDW��FX�P�ULUHD�WLPSXOXL�GH�úDUM���GXFH� OD� VLPSOLWDWH� VSRULW�� vQ� H[SORDWDUH� D� VLVWHPHORU� FX� DUGHUH� LQYHUV��� SDUDOHO� FX�UHGXFHUHD�HPLVLLORU�JOREDOH�OD�QLYHOXO�VLVWHPXOXL��HVWH�FXQRVFXW�IDSWXO�F��XQ�VLVWHP�GH�ardere cu combustibil solid are emisii maxime de noxe în perioadele de pornire).
Din punct de vedere al combustibilului utilizat, la cazanele cu�DUGHUH�LQYHUV��VH�
UHFRPDQG��IRORVLUHD�XQRU�OHPQH�GH�VHF LXQH�PHGLH��GH�FLUFD����[����PP��VH�YD�HYLWD�VHF LXQHD� URWXQG�� SUHIHUkQGX-VH� FHOH� FX� ]RQH� GH� FRO � XQGH� VH� LQL LD]�� DUGHUHD� FX�XúXULQ ����FX�OXQJLPH�FDUH�V��SHUPLW��UHOL]DUHD�XQHL�DFRSHULUL�FRUHFWH�D�JU�WDUXOXL�úL�D�]RQHL�GH�ED]��úDPRWDWH�úL�FX�XPLGLWDWH�PD[LP��GH���-������&RQGL LD�GH�XPLGLWDWH�HVWH�PDL� UHVWULFWLY��GHFkW� vQ�FD]XO�VLVWHPHORU�GH�DUGHUH�GLUHFW�� FDUH�SHUPLW�X]XDO�IRORVLUHD�XQRU� OHPQH� FX� XPLGLWDWH�PD[LP�� GH� ���–� �����GDU�QX� UHSUH]LQW�� XQ� LPpediment în IRORVLUHD� VLVWHPHORU� FX� DUGHUH� LQYHUV�� GHRDUHFH� XPLGLWDWHD� FHUXW�� HVWH� DWLQV�� GH�FRPEXVWLELO�SULQ�XVFDUH�QDWXUDO��SH�SHULRDG��GH�FLUFD���DQL�vQ�GHSR]LW�vQFKLV�
7UHEXLH�GH�DVHPHQHD�UHPDUFDW��GLIHUHQ D�FRQVWUXFWLY��FH�DSDUH�OD�QLYHOXO�]RQHL�
de gU�WDU��$VWIHO��OD�VLVWHPXO�GH�DUGHUH�GLUHFW��D�FRPEXVWLELOXOXL��VH�FRQVWLWXLH�vQ�]RQ��GH�JU�WDU�VWULFW�VXSUDID D�SH�FDUH�VH� LQVXIO��DHU�SULPDU�GH�DUGHUH�� IRUPDW��GLQ�EDUH�GH�JU�WDU� VSULMLQLWH� vQ� GLYHUVH� VLVWHPH�� 5H]XOW�� QHFHVLWDWHD� DVLJXU�ULL� XQRU� VLVWHPH�FRPSOH[H�GH�GLVWULEX LH�XQLIRUP��D�DHUXOXL�SH�VHF LXQL�GH�FXUJHUH�PDUL��SHQWUX�D�QX�VH�UHDOL]D�GH]HFKLOLEUH�GH�DUGHUH�úL�D�VH�DVLJXUD�GHELWHOH�VSHFLILFH�GH�FRPEXVWLELO�DUV��/D�FD]DQHOH� FX� DUGHUH� LQYHUV��� GDWRULW�� SUH]HQ HL� DHUXOXL� QHFHVDU� GH� UHDF LH� SULPDU�� úL� D�VF�OG�ULL�]RQHL�GH�ED]��FX�JD]H�GH�DUGHUH��UH]XOW��R�IXQF LRQDUH�FD�VXSUDID ��GH�JU�WDU��JHQHUDWRDUH�GH�DSULQGHUH��D�vQWUHJLL�]RQH�úDPRWDWH�GH�OD�ED]D�VWUDWXOXL��)XUQL]DUHD�GH�DHU�VHFXQGDU��VDX�DPHVWHFDUHD�JD]HORU�GH�DUGHUH�LQFRPSOHW��FX�DHUXO�GLVSRnibil de tip SULPDU�� QX� VH� UHDOL]HD]�� vQV�� GHFkW� vQ� ]RQD� GH� WUHFHUH� GLQWUH� EXQF�U� úL� IRFDUXO� U�FLW��]RQ��FDUDFWHUL]DW��GH�YLWH]H�úL�WXUEXOHQ H�PDUL�úL�GH�VHF LXQH�UHGXV���6H�FUHHD]��DVWIHO�SUHPL]HOH� XQHL� LQVXIO�UL� HILFLHQWH� GH� DHU� GH� DUGHUH� I�U�� QHFHVLWDWHD� DVLJXU�ULL�XQLIRUPLW� LL�GH�FXUJHUH�SH� VHF LXQL�PDUL��0DL�PXOW��DHUXO�SULPDU�FH�VFXUW-FLUFXLWHD]��DQXPLWH�]RQH�GLQ�EXQF�U�YD�IL�IRORVLW�FD�DHU�GH�DUGHUH�VHFXQGDU�OD�WUHFHUHD�SULQ�]RQD�GH�
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
224
OHJ�WXU�� PDL� VXV� DPLQWLW��� 5H]XOW�� GHFL� F�� VLVWHPXO� GH� DUGHUH� LQYHUV�� QX� QXPDL� F��HOLPLQ�� FRPSOLFD LLOH� OHJDWH� GH� GLVWULEX LD� GH� DHU� GH� DUGHUH� GDU� úL� FRPSHQVHD]��constructiv scurt-circuitele de aer inerente curgerii prin stratul de combustibil aleatoriu úL�vQ�FRQWLQX��PRGLILFDUH�
Referitor la sarcinile termice ale cazanelRU� vQ� GLVFX LH� HVWH� LPSRUWDQW� GH�PHQ LRQDW� F�� VH� XWLOL]HD]�� XQ� GRPHQLX� X]XDO� PDL� UHGXV� GH� SXWHUL� WHUPLFH� QRPLQDOH�SHQWUX�FD]DQHOH�FX�DUGHUH�LQYHUV������–�����N:��ID ��GH�FD]DQHOH�FX�DUGHUH�GLUHFW������–� ����� N:��� ([SOLFD LD� SHQWUX� GRPHQLXO� UHODWLY� UHGXV� VSHFLILF� VROX LLORU� FX� DUGHUH�LQYHUV�� UH]LG�� SH�GH�R�SDUWH� vQ�QRXWDWHD� VROX LHL� FDUH�QX�D�SHUPLV� vQF�� ODQVDUHD�XQRU�cazane de puteri mari,�GDWRULW��OLSVHL�XQRU�PRGHOH�FODUH�GH�FDOFXO�úL�IXQF LRQDUH, iar pe GH�DOW��SDUWH�GDWRULW��FDUDFWHUXOXL�QHSUDFWLF�DO�XQXL�EXQF�U�FX�DOLPHQWDUH�VXSHULRDU��vQ�cazul unor cazane mari.
Un parametru important,�DWkW�SHQWUX�SHUIRUPDQ HOH�WHUPLFH�FkW�úL�SHQWUX�FHOH�GH�ardere,�HVWH�H[FHVXO�GH�DHU��'DF��OD�FD]DQHOH�FX�DUGHUH�GLUHFW��HVWH�QHFHVDU��PHQ LQHUHD�unui nivel de oxigen în gazele de ardere de circa 10 –������vQ�YHGHUHD�PHQ LQHULL�XQHL�FRQFHQWUD LL�GH�&2�OD�XQ�QLYHO�FRUHFW�GH�FLUFD������SSP�OD�����22 , pentru cazanele FX�DUGHUH�LQYHUV��HVWH�VXILFLHQW��R�FRQFHQWUD LH�GH�R[LJHQ�vQ�JD]HOH�GH�DUGHUH�GH�QXPDL�4 – 8 %. Aceste concenWUD LL�GH�R[LJHQ�VH�H[SULP��SULQ�H[FHVH�GH�DHU�FXSULQVH�vQWUH���úL� ���� OD� FD]DQHOH� FX� DUGHUH� GLUHFW�� VSUH� GHRVHELUH� GH� FD]DQHOH� FX� DUGHUH� LQYHUV�� FH�QHFHVLW��H[FHVH�GH�DHU�GH�GRDU������– 1,65.
5H]XOW��SLHUGHUL�GH�F�OGXU��SULQ�HQWDOSLD�JD]HORU�GH�DUGHUH� OD�FRú�FX���SkQ�� OD���� SURFHQWH�PDL�PDUL� OD� FD]DQHOH� FX� DUGHUH� GLUHFW�� ID �� GH� FHOH� FX� DUGHUH� LQYHUV�� vQ�FRQGL LLOH�FRPSDU�ULL�XQRU�FD]DQH�FX�PDVH�úL�FRVWXUL�GH�SURGXF LH��UDSRUWDWH�OD�VDUFLQD�WHUPLF��XWLO���DSURSLDWH� ,Q� FRQFOX]LH�� GLQ� DQDOL]D� HIHFWXDW��� UH]XOW�� R� VHULH� GH� DYDQWDMH� FODUH� SH� SODQ�HQHUJHWLF� úL� OHJDWH� GH� FDOLWDWHD� DUGHULL� �HFRORJLFH�� JHQHUDWH� GH� IRORVLUHD� WHKQLFLL� GH�DUGHUH� LQYHUVDW�� GDU� úL� LPSRVLELOLWDWHD� DSOLF�ULL� DFHVWHL� WHKQLFL�� I�U�� FRPSOLFDUHD�sistemului de alimentare, la puteri termice PDUL�� ,Q� SOXV�� GDF�� V-DU� GRUL� PHQ LQHUHD�caracteristicii de autonomie la 10 – 12 ore, s-ar ajunge la volume neeconomice de VWRFDUH�SHQWUX�FRPEXVWLELO��5H]XOW��F��VROX LD�FX�DUGHUH�LQYHUV��VH�SUHWHD]�� OD�VDUFLQL�WHUPLFH� SkQ�� OD� ���� N:�� ILLQG� UHFRPDQGDELO�� GDWRULW�� DYDQWDMHORU� GH� H[SORDWDUH�VHPQLILFDWLYH��GDU�HVWH�GLVFXWDELO��DSOLFDUHD�DFHVWHLD�OD�VDUFLQL�WHUPLFH�PDL�PDUL�
6.2. 6ROX LD constructiv����HOHPHQWH�FRPSRQHQWH��PRG�GH�IXQF LRQDUH�
6. CALCULUL TERMIC AL C$=$1(/25�)81&�,21Æ1' CU ARDEREA
LEMNULUI PRIN GAZEIFICARE (ARDERE INVERS��
225
Din varietatea mare de tipuri constructive de cazane cu ardere cu gazeificare a lemnelor se alege pentru exemplificarea calculului modelul prezentat în fig. 6.4.
Fig. 6.4. Cazan de ap� cald� cu gazeificare. 6ROX LD�SDUWLFXODU��D�ILHF�Uui�WLS�GH�FD]DQ��GLQ�DFHDVW��FDWHJRULH�GH�FD]DQH��IDFH�ca un calcul de dimensiRQDUH�V��vQWkPSLQH�PDUL�GLILFXOW� L�vQ�DúH]DUHD�VXSUDIH HORU�GH�WUDQVIHU� GH� F�OGXU��� DVWIHO� FD� V�� ILH� vQGHSOLQLWH� úL� FRQGL LLOH� WHKQRORJLFH� úL cele de IXQF LRQDUH�QHFHVDUH��'H�DFHLD�VH�SUHIHU��WRWGHDXQD�VROX LD�GH�verificarea prin calcul
termic a cazanului ��DGLF�,�GXS��DOHJHUHD�FRQVWUXFWLY��D�PRGHOXOXL�úL�D�GLPHQVLXQLORU�HVWLPDWH� FD� ILLQG� FHOH� DGHFYDWH�� V�� VH� IDF�� R� YHULILFDUH� SULQ� FDOFXO� D� IXQF LRQDOLW� LL�VROX LHL� &D]QXO�HVWH�DOF�WXLW�GLQ�GRX��GUXPXUL�
• drumul descendent: EXQF�UXO� GH� FRPEXVWLELO� FDUH� DUH� OD� SDUWH� LQIHULRDU��LQVWDOD LD�GH�DUGHUH�úL�IRFDUXO;
• drumul ascendent: în continuarea focarului, drumul convectiv ignitubular. 'HRDUHFH��vQ�ID]D�GH�SRUQLUH�D�FD]DQXOXL��vQ�UHJLP�GH�DUGHUH�GLUHFW��D�VWUDWXOXL��GH� MRV� vQ� VXV��� WHPSHUDWXUD� vQ� EXQF�U� SRDWH� IL� UHODWLY� ULGLFDW��� VH� DOHJH� VROX LD� GH�EXQF�U� FX� SHUH L� U�FL L� FX� DS���1XPDL� vQ� UHJLXQHD� GLQ� GUHSWXO� XúLL� GH� vQF�UFDUH� úL� OD�SDUWHD�VXSHULRDU���WDYDQ��QX�VH�IDFH�FDPHU��GXEO��U�FLW�� 3vOQLD� LQIHULRDU�� D�EXQF�UXOXL�HVWH�úL�HD� U�FLW��GDWRULW�� WHPSHUDWXrii ridicate de IXQF LRQDUH�
1
2
3
5
6
4
8
7
9
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
226
&DPHUD� IRFDUXOXL� HVWH� DOF�WXLW�� GLQ� SHUH L� U�FL L�� SDUWHD� GH� GX]�� úL� GH� FRUS�UHIUDFWDU� D� DOELHL� GH� vQWRDUFHUH� GH� IODF�U�� ILLQG� DG�XJDte� SH� SHUH LL� U�FL L� DL� FDPHUHL�focarului��5H]XOW��F� partea�HILFLHQW��GH�SUHOXDUH�D�IOX[XOXL�GH�F�OGXU��UDGLDW�GH�IRFDU�este în principal LQFLQWD�LQIHULRDU��D�FD]DQXOXL�GLQ�FDUH�VH�VFDG�VXSUDID HOH�úDPRWDWH� 6LVWHPXO�FRQYHFWLY�HVWH�FRQVWLWXLW�GLQ� HYL�FX�GLDPHWUXO��F45x3 ... F76x3,5 mm distribuite uniform pe supUDID D�GH�WUHFHUH�D�GUXPXOXL��� In cazul constructiv ales sunt ��� HYL�-��[��� /XQJLPHD� FRQYHFWLYXOXL�� HJDO�� FX� OXQJLPHD� EXQF�UXOXL�� HVWH� GH� ����mm. 6.3. Tema de calcul de verificare
Prin tema de proiectare se dau: - Q -�VDUFLQD�WHUPLF��D�FD]DQXOXL��vQ�N:�� - te / ti -�WHPSHUDWXUD�DSHL�OD�LHúLUH�úL�LQWUDUH�vQ�FD]DQ��������oC) sau (80/60 oC); - FRPSR]L La combustibilului��GHILQLW�� vQ�VSHFLDO�SULQ�XPLGLWDWHD�OHPQXOXL��GHRDUHFH�
QX� H[LVW�� GLIHUHQ H� VHPQLILFDWLYH� GH� FRPSR]L LH� D� OHPQXOXL� IXQF LH� GH� HVHQ D� GH�SURYHQLHQ ��.
In tabelul 6.1 se dau caracteristicile de ardere ale� OHPQXOXL� IXQF LH�GH�XPLGLWDWHD�
W. &DOFXOXO� SURFHVXOXL� GH� DUGHUH� D� OHPQXOXL� VH� IDFH� GXS��PHWRGLFD� FODVLF�� D� DUGHULL�
FRPEXVWLELOXOXL� OLFKLG� VDX� VROLG�� FRQIRUP� LQGLFD LLORU� GLQ� FDSLWROXO� ��� 6H� HIHFWXHD]��calFXOXO�DUGHULL�FRPEXVWLELOXOXL�úL�VH�GHWHUPLQ���VO, Vgo, Vg, Hi, OH2
p , 2ROp ��VH�WUDVHD]��
diagrama I – t sau cp – t.
$FHVWH� FD]DQH� IXQF LRQHD]�� FX� VXSUDSUHVLXQH� vQ� IRFDU�� GHFL� FRHILFLHQWXO� GH�exces de aer este constant SkQ��OD�HYFXDUHD�OD�FRú�
α = αf = αc = αFRú�= 1,4 ÷ 1,6 = ct.
�����&DOFXOXO�UDQGDPHQWXOXL�WHUPLF�DO�FD]DQXOXL�úL�D�GHELWXOXL�GH�FRPEXVWLELO� $FHVWH� FD]DQH� IXQF LRQHD]�� FX� FRPEXVWLELO� VROLG�� GHFL� SLHUGHUHD� VSHFLILF�� GH�F�OGXU�� SULQ� DUGHUH� LQFRPSOHW�� GH� QDWXU�� PHFDQLF�� �Tmec�� úL� FHD� SULQ� HYDFXDUHD�produselor solide ale arderii din cazan (qcen��VH�SRW�OXD�vQ�FRQVLGHUDUH��7RWXúL��GDWRULW��SURFHVXOXL� GH� DUGHUH� SULQ� JD]HLILFDUH�� SLHUGHUHD� SULQ� DUGHUH� LQFRPSOHW�� GH� QDWXU��PHFDQLF���Tmec��úL�FHD�SULQ�HYDFuarea produselor solide ale arderii din cazan (qcen) pot fi considerate nule deoarece produsele de gazeifiare ard complet în regim de ardere VSHFLILF�FRPEXVWLELOXOXL�JD]RV��ÌQ�DFHVWH�FRQGL LL��% � �%�
6. CALCULUL TERMIC AL C$=$1(/25�)81&�,21Æ1' CU ARDEREA
LEMNULUI PRIN GAZEIFICARE (ARDERE INVERS��
227
COMPOZITIE uscat
C uscat 49.6 49.6 49.6 49.6 49.6 49.6 49.6 49.6 49.6 49.6 49.6 49.6 49.6
H uscat 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6
O uscat 43 43 43 43 43 43 43 43 43 43 43 43 43
N uscat 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2
A uscat 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2
COMPZITIE umed
W 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
x 92 91 90 89 88 87 86 85 84 83 82 81 80
C 45.63 45.14 44.64 44.14 43.65 43.15 42.66 42.16 41.664 41.17 40.67 40.176 39.68
H 5.52 5.46 5.4 5.34 5.28 5.22 5.16 5.1 5.04 4.98 4.92 4.86 4.8
O 39.56 39.13 38.7 38.27 37.84 37.41 36.98 36.55 36.12 35.69 35.26 34.83 34.4
N 0.184 0.182 0.18 0.178 0.176 0.174 0.172 0.17 0.168 0.166 0.164 0.162 0.16
A 1.104 1.092 1.08 1.068 1.056 1.044 1.032 1.02 1.008 0.996 0.984 0.972 0.96
SUMA 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100
ARDERE
Vo 4.202 4.156 4.111 4.065 4.019 3.974 3.928 3.882 3.837 3.791 3.745 3.700 3.654
VCO2 0.851 0.842 0.833 0.824 0.814 0.805 0.796 0.787 0.777 0.768 0.759 0.750 0.740
VN2 3.321 3.285 3.249 3.213 3.177 3.141 3.105 3.068 3.032 2.996 2.960 2.924 2.888
VH2O 0.785 0.790 0.795 0.800 0.805 0.810 0.815 0.820 0.825 0.830 0.835 0.840 0.845
Vgo 4.957 4.917 4.877 4.836 4.796 4.755 4.715 4.675 4.634 4.594 4.554 4.513 4.473
PUTERE CALORICA
Hi -kJ/kg 17076 16863 16650 16437 16224 16011 15798 15585 15372 15160 14947 14734 14521
Hi -kcal/kg 4079 4028 3977 3927 3876 3825 3774 3723 3672 3621 3571 3520 3469
Dupa SR>EN
Hi -kJ/kg 17285 17070 16856 16642 16427 16213 15998 15784 15570 15355 15141 14926 14712
Hi -kcal/kg 4129 4078 4027 3976 3924 3873 3822 3771 3719 3668 3617 3566 3515
CARACTERISTICI DE ARDERE LEMN
Tabelul 6.1 - Caracteristicile de ardere ale lemnXOXL�IXQF LH�GH�XPLGLWDWHD�:
6H�FDOFXOHD]��SLHUGHULOH�VSHFLILFH�GH�F�OGXU�� a. 3LHUGHUHD�VSHFLILF��GH�F�OGXU��SULQ�HQWDOSLD�JD]HORU�GH�DUGHUH�OD�FRú� )LLQG� XQ� FD]DQ� GH� DS�� FDOG�� VH� DGPLWH� R� WHPSHUDWXU�� OD� FRú� FH� VH� SRDWH�GHWHUPLQD�FX�UHOD LD�GH�DSUR[imare, pentru cazane cu lemne:
Ctt
t ei 0cos )140100(
2÷+
+≅ (6.1)
Din diagrama I –�W�VH�GHWHUPLQ��YDORDUHD�HQWDOSLHL�JD]HORU�GH�DUGHUH�OD�FRú�
IFRú = f (tFRú, α)
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
228
(QWDOSLD� DHUXOXL� WHRUHWLF� GH� DUGHUH� VH� GHWHUPLQ�� OD� WHPSHUDWXUD� DPELDQW���ta=20oC
apaoao tcVI ⋅⋅= (6.2)
cu cpa = 1,297 kJ/ Km3N
5H]XOW��SLHUGHUHD�VSHFLILF��OD�FRú�� )(
1coscos ao
i
IIH
q α−= (6.3)
b. 3LHUGHUL�VSHFLILFH�GH�F�OGXU���SULQ�DUGHUH�LQFRPSOHW��GH�QDWXU��FKLPLF��
În cadrul calculelor de proiectarH�� GDWRULW�� SURFHVXOXL� GH� DUGHUH� GLIX]LY�� D�OHPQXOXL� vQ� UHJLP� GH� JD]HLILFDUH�� FX� SUHSRQGHUHQ D� GHJDM�ULL� GH�&2� vQ� FRQGL LLOH� GH�DUGHUH� UHGXF�WRDUH��se admite, conform standardelor europene, uQ�FRQ LQXW�GH�QHDUVH�CO=2000 ppm (0,2% CO) în gazele de ardere, ceeace corespunde unei pierderi prin DUGHUH�LQFRPSOHW��GH�QDWXU��FKLPLF�:
uscg
i
mec
i
chch VCO
H
q
HB
Qq )36,126(
1
*⋅
−== (6.4)
unde CO este exprimat în %. c. 3LHUGHUL�VSHFLILFH�GH�F�OGXU��SULQ�SHUH LL�H[WHULRUL�DL�FD]DQXOXL�� În cadrul calculelor pentru cazane relativ micL�� vQ� IXQF LH� GH� JUDGXO� GRULW� GH�L]ROD LH�WHUPLF��D�FD]DQXOXL��VH�SRDWH�DOHJH�R�YDORDUH��
qext = 0,005 ÷ 0,015 d. Randamentul cazanului 6H�FDOFXOHD]��FX�UHOD LD� )(1 cos extch qqq ++−=η (6.4)
úL�H[SULPDW�vQ�YDORDUH�SURFHQWXDO��� ηη ⋅= 100%
e. Debitul de combustibil consumat
iH
QB
⋅=
η (kg/s) (6.5)
SHQWUX� R� H[SULPDUH� IL]LF� LQWHOLJLELO�� VH� XWLOL]HD]�� FRQVXPXO� RUDU� GH� FRPEXVWLELO� � %h GHILQLW��GH�UHOD LD� Bh = 3600 * B [kg/h]
6.5��%LODQ XO�GH�DQVamblu al cazanului
6. CALCULUL TERMIC AL C$=$1(/25�)81&�,21Æ1' CU ARDEREA
LEMNULUI PRIN GAZEIFICARE (ARDERE INVERS��
229
)OX[XO�XWLO�GH�F�OGXU��DO�FD]DQXOXL�HVWH� 4��GDW�SULQ�WHP��. )OX[XO�GH�F�OGXU��din arderea combustibilului: iombc BHQ = (6.6)
)OX[XO�GH�F�OGXU��DGXV�FX�DHUXO�GH�DUGHUH�� apaoa tcVBQ α= (6.7)
Fluxul dH�F�OGXU��SLHUGXW�OD�FRú� coscos IBQ ⋅= (6.8)
)OX[XO�GH�F�OGXU��SLHUGXW�SULQ�DUGHUH�LQFRPSOHW�� ichinc BHqQ = (6.9)
)OX[XO�GH�F�OGXU��SLHUGXW�VSUH�H[WHULRU� iextext BHqQ = (6.10) 5H]XOW��WDEHOXO�GH�ELODQ �WHUPLc al cazanului:.
Tabelul 6.1. Fluxuri introduse -
pierdere Util
Qcomb
Qa
– QFRú – Qinc
– Qext
Q
∑ = 'QQ ''∑ = QQ
1RW���ÌQ�DFHVW�ELODQ �WHUPHQHXO�“– qcosBHi” s-D�VFULV�VXE�IRUPD�H[SOLFLW���
(–BIFRú�+ Bαcoscpata= –QFRú+Qa).
(URDUHD�UHODWLY��� %1100'
"'≤
−=
Q
QQε (6.11)
'DF�� HURDUHD� UHODWLY�� GH� vQFKLGHUH� D� ELODQ XOXL� HVWH� PDL� PDUH� GH� ��� �FHD�PD[LP� DGPLVLELO�� SHQWUX� DFHVW� JHQ� GH� FDOFXOH�� vQVHDPQ�� F�� V-D� I�FXW� R� JUHúHDO�� GH�calcul sau de citire în diagrama I-t.
6.5��%LODQ XO�JUDILF�DO�FD]DQXOXL 'HELWHOH� GH� F�OGXU�� GLQ� WDEHOHOH� 6.�� úL� 6.�� VH� WUDQVSXQ� JUDILF�� OD� VFDU��� FD� vQ�figura 2.3 (cu particularizarea: B*=B; Qpa=0; Qsfc=Qc, Qsi=0; Qec=0; qmec=0; qcen=0). 6.6. Calculul focarului
Pentru metodologia de�FDOFXO�VSHFLILF��DFHVWXL�FD]DQ�WUHEXLH�I�FXW�XQ�FDOFXO�GH�YHULILFDUH� D� IRFDUXOXL� GHRDUHFH� VXSUDID D� GH� UDGLD LH� HVWH� FXQRVFXW�� �SULQ� SUHFL]DUHD�
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
230
LQL LDO��D�VROX LHL�FRQVWUXFWLYH���1HFXQRVFXWD�FDOFXOXOXL�HVWH�WHPSHUDWXUD�GH�OD�VIkUúLWXO�focarului tf . 3URFHGXUD�GH�FDOFXO�HVWH�XUP�WRDUHD� - calculul temperaturii teoretice de ardere, -�FDOFXOXO�VXSUDIH HORU�GH�UDGLD LH� -�FDOFXOXO�FDUDFWHULVLWLFLL�GH�UDGLD LH�D�IRFDUXOXL� - calculul temperaturii la finele focarului.
Calculul temperaturii teoretice de ardere
(QWDOSLD�WHRUHWLF��D�JD]HORU�GH�DUGHUH�VH�GHWHUPLQ��FX�UHOD LD� apafchit tcVqHI 0)1( α+−= (6.12)
DSRL�VH�GHWHUPLQ��WHPSHUDWXUD�WHRUHWLF��GH�DUGHUH�GLQ�GLDJUDPD�,-t: ),I(ft tt α= .
&DOFXOXO�VXSUDIH HORU�GH�UDGLD LH
Calculul este un cDOFXO� JHRPHWULF� GH� VXSUDIH H�� 7RDWH� VXSUDIH HOH� GH� UDGLD LH�ILLQG� VXSUDIH H� PHWDOLFH� FRQWLQXH�� FRHILFLHQWXO� GH� HILFLHQ �� HVWH� � 0� ��� 6FKHPD�IRFDUXOXL�HVWH�GDW��vQ�ILJ��6.5
6H�vQVXPHD]��XUP�WRDUHOH�VXSUDIH H�
• VXSUDID D�VXSHULRDU��D�FDPHUHL�GH�DUGHUH�úL�D�LQWU�ULL�vQ�FRQYHFWLY�� S1 = l · b – a · b • VXSUDID D�IURQWDO��D�FDPHUHL�GH�DUGHUH�
Sfr = hf · b
• baza camerei de ardere: Sb = l · b – ls · bs
• VXSUDID D�VSDWH�D�FDPHUHL�GH�DUGHUH�
Ssp = hc · b • 6XSUDID D�SHUHWHOXL�GHVS�U LWRU��SH�DPEHOH�IH H��
Sp = ((hf – hp) + (hc – hp)) · b
• 6XSUDID D�ODWHUDO��
Slat = 2· (ca· hf +(l-ca) · h)
6. CALCULUL TERMIC AL C$=$1(/25�)81&�,21Æ1' CU ARDEREA
LEMNULUI PRIN GAZEIFICARE (ARDERE INVERS��
231
fig. 6.���6FKHPD�GLPHQVLRQDO��D�IRFDUXOXL
6XSUDID D� WRWDO�� HIHFWLY�� GH� UDGLD LH� HVWH� �FRHILFLHQW� GH� HILFLHQ �� XQLWDU� SHQWUX�supraIH H�PHWDOLFH�FRQWLQXH��
• SR = S1 + Sfr + Sb +Ssp + Sp + Slat [m
2]
Calculul volumului focarului
6H�vQVXPHD]��XUP�WRDUHOH�YROXPH�
• volumul camerei de ardere Vca = hf · b · ca • volumul camerei de întoarcere spre convectiv: Vc = hc · b · ( l – ca )
Volumul total al focarului:
Vf = Vca + Vc [m3]
&DOFXOXO�VXSUDIH HL�SHUH LORU�úDPRWD L�
6H�vQVXPHD]��XUP�WRDUHOH�VXSUDIH H�
• VXSUDID D�VXSHULRDU��D�]RQHL�úDPRWDWH�GH�LQWDUDUH�� Si = a · b • VXSUDID D�FRUSXOXL�UHIUDFWDU�GH�DUGHUH�
Sref = ls · bs
hf hc
l
a
b ca
hp
ls bs
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
232
6XSUDID D�WRWDO��D�SHUH LORU�úDPRWD L� Ss = Si + Sref &DOFXOXO��VXSUDIH HL�SHUH LORU�IRFDUXOXL�
6XSUDID D� SHUH LORU� IRFDUXOXL� HVWH� VXPD� VXSUDIH HL� GH� UDGLD LH� úL� D� VXSUDIH HL�úDPRWDWH�
Sper = SR + Ss [m
2]
,QL LDOL]DUHD�WHPSHUDWXULL�GH�OD�VIkUúLWXO�IRFDUXOXL
2�LPSRUWDQW��FDUDFWHULVWLF��IXQF LRQDO��D�FD]DQHORU�FX�DUGHUH�SULQ�JH]HLILFDUH�D�OHPQHORU�R�SUH]LQW�� tHPSHUDWXUD�UHODWLY�FRERUkW��a focarului�GDWRULW��H[FHVXOXL�ULGLFDW�GH�DHU�úL� VXSUDIH HL�PDUL�GH� UDGLD LH. De aceea intervalul de alegere a temperaturii la FDS�WXO�IRFDUXOXL�HVWH�
tf =600÷800 oC.
Calculul caracteristicii GH�UDGLD LH�D�IRFDUXOXL�
S-au determinat anterior: - volumul focarului: Vf (m
3) - VXSUDID D�SHUH LORU�IRFDUXOXL��� Sper (m
2) - VXSUDID D�GH�UDGLD LH��� SR (m
2) 6H�GHWHUPLQ��vQ�FRQWLQXDUH�� - grosimea stratului radiant de gaze: s = 3,6
per
f
S
V (m) (6.21)
- gradul de ecranare: per
R
S
S=Ψ (6.22)
6H�FDOFXOHD]��FDUDFWHULVWLFD�UDGLDQW��D�JD]HORU�GH�DUGHUH�vQ�FDPHUD�GH�DUGHUH� )(
100038,01
)(
6,18,022
22
2
ROOH
f
ROOH
OH
g ppT
spp
pk +
−
⋅+
+= (6.27)
6H�FDOFXOHD]��FRHILFLHQWXO�GH�DEVRUE LH�DO�JD]HORU�GH�DUGHUH�GLQ�IRFDU�
sk
g
gea⋅−−= 1 (6.24)
6H�FDOFXOHD]��FDUDFWHULVWLFD�UDGLDQW��D�IO�F�ULL�FX�UHOD LD�GH�DSUR[LPDUH�
6. CALCULUL TERMIC AL C$=$1(/25�)81&�,21Æ1' CU ARDEREA
LEMNULUI PRIN GAZEIFICARE (ARDERE INVERS��
233
5,01000
6,1 −= f
fl
Tk (6.25)
úL�FRHILFLHQWXO�GH�DEVRUE LH�DO�IO�F�ULL�FX�UHOD LD�
sk
flflea⋅−−= 1 (6.26)
3RQGHUHD�DEVRUE LHL�IO�F�ULL�ID ��GH�FHD�D�PHGLXOXL�UDGLDQW�GH�JD]H�GH�DUGHUH�GLQ�
IRFDU�VH�IDFH�GXS��FULWHULL�H[SHULPHQWDOH��FRQVLGHUkQGX-VH�R�SURSRU LH�β, din volumul IRFDUXOXL��RFXSDW��GH�SDUWHD�OXPLQRDV��D�IO�F�ULL�
&RHILFLHQWXO�GH�DEVRUE LH�DO�IO�F�ULL�úL�JD]HORU�GH�DUGHUH�HVWH�GDW�GH�UHOD LD� gfl aaa ⋅−+⋅= )1( ββ (6.27)
Valoarea coeficientului de luminozitate β pentru volatilele de combustibil solid
este β = 0,6 .
&RHILFLHQWXO�GH�PXUG�ULUH�D�VXSUDIH HORU�HVWH ξ =0,7 pentru combustibil solid. &X�DFHVWH�YDORUL�VH�FDOFXOHD]��FDUDFWHULVWLFD�UDGLDQW��D�IRFDUXOXL�
ξΨ−+=
)1(
82,0
aa
aa f (6.28)
&DUDFWHULVWLFD�GH�XPSOHUH�FX�IODF�U��D�IRFDrului.
2�DOW��FDUDFWHULVWLF��D�IRFDUXOXL�HVWH�IDFWRUXO�GH�umplere a focarului cu IO�F�U��”M”. Pentru combustibil solid cu IODF�U� de volatile din ambrazura focarului M=0,44.
7HPSHUDWXUD�OD�FDS�WXO�IRFDUXOXL�
6H�GHWHUPLQ��FULWHULXO��%2/7=0$11�
380 10 tR
pgg
TSC
cVBBo
⋅⋅⋅
⋅⋅⋅= − ξ
ϕ (6.29)
unde extq−= 1ϕ ; cpg �VH�GHWHUPLQ��GLQ�WDEHOH�SHQWUX�WHPSHUDWXUD�WHRUHWLF�� ,Q�FRQWLQXDUH�VH�GHWHUPLQ��LQYDULDQWXO�GH�WHPSHUDWXU��D�IRFDUXOXL���VLPOSOH[XO�
t
f
T
T=θ
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
234
( ) 6,06,0
6,0
BoaM
Bo
f +⋅=θ (6.30)
GH�XQGH�UH]XOW����WHPSHUDWXUD�OD�FDS�WXO�IRFDUXOXL�
15,273−⋅= θtf Tt [oC]
'DF��VH�FDOFXOHD]��FX�YDORULOH�GH�ED]��VH�DSOLF��UHOD LD�GH�FDOFXO�
( )
15,273
11
6,03
−
+
−
=
pggext
Rto
tf
cVBq
STCM
Tt
ξ [0C] (6.31)
Cunoscându-se tf VH�GHWHUPLQ��IOX[XO�GH�F�OGXU��VFKLPEat radiativ în focar.
'DF�� DFHDVW�� WHPSHUDWXU�� YD� IL� GLIHULW�� GH� WHPSHUDWXUD� DOHDV�� LQL LDO� �SULQ�estimare) cu mai mult de ±10% se reia calculul cu valori recalculate SHQWUX�F�OGXUL�VSHFLILFH�úL�FRHILFLHQW�GH�UDGLD LH�D�IRFDUXOXL�FX�WHPSHUDWXUD��ILQDO��Wf . ,Q�ILQDO�VH�RE LQH�YDORDUH�WHPSHUDWXULL�OD�FDS�WXO�IRFDUXOXL��Wf [ 0C]. 6.8. Calculul termic al drumului convectiv Convectivul cazanului este determinat, din punctul de vedere al transferului de FOGXU���GLQ�FDOFXOHOH�DQWHULRDUH�SULQ�XUP�WRULi parametrii:
tf –�WHPSHUDWXUD�JD]HORU�GH�DUGHUH�OD�LQWUDUH�vQ� HYL���0C) ; tFRú – temperatura HVWLPDW�� D� JD]HORU� GH� DUGHUH� OD� LHúLUHD� GLQ� HYL� �OD� FRú��
te/ti – temperatura apei (0C). 'HRDUHFH� vQ� ELODQ XO� JHQHUDO� DO� FD]DQXOXL� WHPSHUDWXUD� OD� FRú� D� Iost estiPDW���
calculul termic al drumului convectiv are rolul de a confirma (sau infirma) WHPSHUDWXUD�HVWLPDW���'DF��GLQ�FDOFXOXO�WHUPLF�GH�YHULILFDUH�YD�UH]XOWD�F��WHPSHUDWXUD�HVWLPDW�� QX� HVWH� FHD� FRUHFW��� VH� YD� UHOXD� FDOFXOXO� FX� R� QRX�� WHPSHUDXWU�� OD� FRú �vQFHSkQG�GH�OD�ELODQ XO�WHUPLF�DO�FD]DQXOXL��
ÌQ�FRQVHFLQ ���FDOFXOXO�WHUPLF�DO�GUXPXOXL�FRQYHFWLY�HVWH�XQ�FDOFXO�GH�YHULILFDUH�
a temperaturii finale a unui drum convectiv.
SHF LXQea de trecere a gazelor de ardere UH]XOW��GLQ alegeUHD�QXP�UXOXL�GH� HYi
n úL�DO diametrului� HYLORU,�GLQ�JDPD�GH� HYL�X]XDOH��GH�×δ):
φ51 × 3; φ 57 ×3; φ 60 × 3; φ 70 × 3,5; φ 76 × 3,5 mm.
6. CALCULUL TERMIC AL C$=$1(/25�)81&�,21Æ1' CU ARDEREA
LEMNULUI PRIN GAZEIFICARE (ARDERE INVERS��
235
'XS�� DOHJHUHD� QXP�UXOXL� úL� GLDPHWUXOXL� HYLORU� VH� FDOFXOHD]�� YLWH]D� GH�FLUFXOD LH�D�JD]HORU�GH�DUGHUH��
273
273
4
2
+⋅= gm
i
g t
dn
VBw
π (6.32)
)(2
0cosC
ttt
f
gm
+= este temperatura media a gazelor de ardere.
Viteza de�FLUFXOD LH�D�JD]HORU�GH�DUGHUH�Z�WUHEXLH�V��ILH� în intervalul economic pentru acest tip de cazan: w = (2 ÷ 4) m/s.�'DF��QX�HVWH�vQ�DFHVW�GRPHQLX�VH�PRGLILF��VROX LD�constructiv prin QXP�UXO�GH� HYL sau diametrul acestora. Pentru temperatura medie a gazelor de ardere tgm� VH� GHWHUPLQ�� GLQ� anexa 9, XUP�WRDUHOH�YDORUL�
- YkVFR]LWDWHD�FLQHPDWLF�� ν [m2/s] - FRQGXFWLELOLWDWHD�WHUPLF�� λ [W/mK] - QXP�UXO�3UDQGWO� Pr De�DVHPHQHD�VH�GHWHUPLQ��QXP�UXO�3UDQGWO�SHUHWH�3rp la temperatura peretelui
tp cu
tp = tm +(10÷20) oC ; 2
eim
ttt
+= . (6.33)
Coeficientul de transfer�GH�F�OGXU��SULQ�FRQYHF LH�VH�GHWHUPLQ��XWLOL]kQG�UHOD LL�criteriale�SHQWUX�FLUFXOD LD�JD]HORU�GH�DUGHUH�OD�LQWHULRUXO� HYLORU��FRQIRUP�anexei 10 .
De exemplu, pentru 4i 103wd
Re ⋅>=ν
CL
dNu i
+
−+
−=
3/2
3/2
1
)1(Pr8
2,121
Pr)1000(Re8
ξ
ξ
(6.34)
cu B
0,11
p
2 LL,Pr
PrC;1,64)(1,82logRe� =
=−= −
unde LB� HVWH� vQ�O LPHD�EXQF�UXOXL�de combustibil. Pentru 2300 < Re < 3 ⋅104:
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
236
[ ] CBPr
,A,,Nu
/ 31
30 221
27061513749
++−+= ε (6.35)
cu A=
11,0
p
32/1
i3 i
Pr
PrC;
L
dPrReB;
L
dPrRe
=
=
εo ���� ·� ���� UHSUH]LQW�� HIHFWXO� WXUEXOL]DWRULORU� FH� VH� YRU� PRQWD� OD� LQWHURUXO� HYLORU�FRQYHFWLYH��IXQF LH�GH�JUDGXO�GH�WXOEXUL]DUH�UHDOL]DW��IRUP��úL�SDV�GH�úLFDQDUH�� Pentru regimul laminar: Re < 2300:
110313
30 7061513749
,
p
/
i*
Pr
Pr,
L
dPrRe,,Nu
−⋅+= ε (6.36)
cu *
0ε = 1,6÷2,2.
Pentru turbulizatorii în zig-zag coeficien LL� GH� FRUHF LH 0ε � úL� *0ε pot fi
GHWHUPLQD L�FX�UHOD LLOH�H[SHULPHQWDOH� 200
1422,
r
*
p
,=ε �����úL��������
5
33 20
200
,
,
r
Re
p
,−=ε
unde i
rd
lp = este pasul relativ, cu l – pas zig-zaguri.
&RHILFLHQWXO�GH�VFKLPE�GH�F�OGXU��SULQ�FRQYHF LH�
c
cl
Nuλα = (6.37)
CoeficiHQWXO�GH�VFKLPE�GH�F�OGXU��SULQ�UDGLD LH�HVWH�GHWHUPLQDW�GH�P�ULPLOH�
l
di
6. CALCULUL TERMIC AL C$=$1(/25�)81&�,21Æ1' CU ARDEREA
LEMNULUI PRIN GAZEIFICARE (ARDERE INVERS��
237
- WHPSHUDWXU��PHGLH�D�JD]HORU�GH�DUGHUH�� Tgm=tgm+273 (K); - grosimea stratului radiant: s = 0,9 di (m);
- SUHVLXQLOH�SDU LDOH�DOH�JD]HORU�GH�DUGHUH�WULDWRPLFH��2ROp ; OHp
2
g
g
RO
RO pV
Vp 2
2= [bar�@����úL��� g
g
OH
OH pV
Vp 2
2= [bar.]
&RQVWDQWD�GH�UDGLD LH�D�JD]HORU�VH�GHWHUPLQ��FX�UHOD LD�
)(1000
38,01)(
6,18,022
22
2
ROOH
gm
ROOH
OHpp
T
spp
pkg +
−
⋅+
+= (6.38)
iar coeficientul de emisivitate al gazelor de ardere:
sk
ggea⋅−−=1 (6.39)
&RHILFLHQWXO�GH�VFKLPE�GH�F�OGXU��SULQ�UDGLD LH�VH�GHWHUPLQ��FX�UHOD LD�
−
−
+⋅= −
gm
p
gm
p
gmg
p
r
T
T
T
T
Taa
1
1
2
110765,5
6,3
38α (W/m2K) (6.40)
XQGH�SHQWUX� FRHILFLHQWXO� GH� DEVRUE LH� DO�SHUHWHOXL�GH� VFKLPE�GH�F�OGXU�� VH� FRQVLGHU��valoarea ap=0,8��� HDY��WUDV��GH�R HO��LDU�SHQWUX�WHPSHUDWXUD�DEVROXW��D�SHUHWHOXL� HYLL� 27320tT mp ++= (K)
Coeficientul de transfer GH�F�OGXU��SH�SDUWHD�JD]HORU�GH�DUGHUH�YD�IL� α1 = αc + αr
&RHILFLHQWXO� GH� WUDQVIHU� GH� F�OGXU��α2 pe partea apei este mult mai mare (de ordinul miilor de W/m2.��vQ�FRPSDUD LH�FX�α1 (de ordinul zecilor de W/m2K). ÌQ� DFHVWH� FRQGL LL� FRHILFLHQWXO� JOREDO� GH� WUDQVIHU� GH� F�OGXU�� ´k” este dat de UHOD LD�
1
1
1 εαα
+=Ik (W/m2K) (6.41)
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
238
în care s-D�QHJOLMDW�UH]LVWHQ D�WHUPLF���1/α2).
9DORULOH� FRHILFLHQWXOXL� GH� PXUG�ULUH� ε pentru gaze de ardere, provenite din arderea de combustibil VROLG�FX�UH]LVWHQ ��WHUPLF��SURYHQLQG�GLQ�GHSXQHULOH�GH�FHQXú��YRODQW�, sunt :
Tabelul 6.4.
&RHILFLHQWXO�GH�PXUG�ULUH� Viteza w (m/s) 3 6 9 12 15 18 ε ⋅103 (m2K/W) 5,233 3,837 2,791 2,093 1,628 1,395
6H�SRDWH�XWLOL]D�úL�UHOD LD�DQDOLWLF��
6474,031021,11 −− ⋅⋅= wε (m2K/W) (6.42) 6H� FDOFXOHD]�� vQ� ILQDO� WHPSHUDXWUD� GH� LHúLUH� D� JD]HORU� GH� DGHUH� GLQ� � GUXPXO�convectiv de gaze, conform�UHOD LHL�GH�YHULILFDUH�D�VXSUDIH HORU�FRQYHFWLYH�
( ) ϕ⋅⋅⋅⋅
−
⋅−+= pgg cVB
Sk
mafmae etttt [0C] (6.43)
Temperatura te� � HVWH� WHPSHUDWXUD� GH� FRú� D� Fazanului, care s-D� LQL LDOL]DW� la vQFHSXWXO�FDOFXOXOXL�GH�DOHJHUH�D�VROX LHL�FRQVWUXFWLYH�
6.���9HULILF�UL�ILQDOH
DaF�� WHPSHUDWXUD�ILQDO�� � � We� �HVWH�GLIHULW��FX�PDL�PXOW�GH����.�GH�WHPSHUDWXUD�presupXV��LQL LDO�SHQWUX�FRú���Wcos��VH�SURFHGHD]��vQ�GRX� moduri:
• GDF��QX�HVWH�R�GLIHUHQ ��SUHD�PDUH��GH�RUGLQXO����.��VH�UHIDFH�FDOFXOXO�pentru g�sirea temperaturii corecte la cRú��UHOXkQG�FDOFXOXO��GH�OD�ELODQ XO�WHUPLF��FX�QRXD�WHPSHUDWXU��GH�FRú�RE LQXW��
• GDF�� � HVWH� R� GLIHUHQ �� SUHD� PDUH� �peste 20 K)� VROX LD� FRQVWUXFWLY�� QX�UHDOL]HD]�� SDUDPHWULL� GRUL L� úL� WUHEXLH� V�� VH� UHSURLHFWH]H� FD]DQXO� FX�VXSUDIH H�GH�WUDQVIHU�GH�F�OGXU��Podificate.
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
239
CAPITOLUL 7
CALCULUL HIDRAULIC (*$=2',1$0,&��ù,�$/
,167$/$�,(,� '(� (9$&8ARE A GAZELOR DE
ARDERE Calculul gazodimanic al cazanelor are ca scop determinarea pierderilor de VDUFLQ��SH�FHOH�GXS��FLUFXLWH��
- circuitul aerului de ardere úL� - circuitul gazelor de ardere
Circuitul aerului de ardere vQFHSH�GH�OD�DVSLUD LD�DHUXOXL�din mediul ambint SkQ��
la focar, iar ciUFXLWXO�JD]HORU�GH�DUGHUH�GH�OD�IRFDU�SkQ��OD�LHúLUHD�ORU�SH�FRú�� Aerul de ardere se introduce în cazan, cel mai frecvent, cu ventilatoare de aer. /D� FD]DQHOH� FX� GHELW� PLF� DFHVWHD� SRW� OLSVL�� DHUXO� S�WUXQ]kQG� vQ� IRFDU� SULQ� HIHFWXO�LQVWDOD LHL�GH�WLUDM�� *D]HOH� GH� DUGHUH� VH� SRW� HYDFXD� SULQ� WLUDM� IRU DW� �DUWLILFLDO��� FX� YHQWLODWRDUH� GH�gaze de ardere (exhaustoare), sau prin tirajul natural al coúXOXL�� /D�FD]DQHOH�FX�DUGHUH�VXE�SUHVLXQH��SUHVXUL]DWH��YHQWLODWRDUHOH�GH�DHU�UHDOL]HD]��VXSUDSUHVLXQHD�GLQ�IRFDU�FDUH�DVLJXU��úL�DFRSHULUHD�WRWDO��VDX�SDU LDO��D�UH]LVWHQ HORU�GH�FLUFXOD LH� SH� FLUFXLWXO� JD]HORU� � GH� DUGHUH�� SkQ�� OD� ED]D� FRúXOXL� úL� HYDFXDrea lor în exterior . 7.1. Calculul pierderilor hidraulice GH�VDUFLQ�� &DOFXOHOH�VH�IDF�DWkW�SHQWUX�WUDVHXO�JD]HORU�GH�DUGHUH�FkW�úL�SHQWUX�WUDVHXO�DHUXOXL�GH�DUGHUH��5HOD LLOH�GH�FDOFXO�XWLOL]DWH�QX�GLIHU��vQWUH�HOH�SHQWUX�DHU�VDX�SHQWUX�JD]H�GH�ardere�� vQV��� SDUDPHWULL� DHURGLQDPLFL� úL� GH� IOXLG� �Z��ρ�� VXQW� VSHFLILFL� ILHF�UXL� ORF� GH�calcul.
3LHUGHULOH�GH�VDUFLQ��SH�WUDVHXO�DHUXOXL�GH�DUGHUH�úL�SH�WUDVHXO�JD]HORU�GH�DUGHUH�DSDU�GDWRULW��QHFHVLW� LL�vQYLQJHULL�XQRU�UH]LVWHQ H�KLGUDXOLFH�FH�VH�PDLQLIHVW��în cadrul LQVWDOD Lei� GH� FD]DQ�� OD� FXUJHUHD� IOXLGHORU� UHVSHFWLYH�� $FHVWH� UH]LVWHQ H� VXQW� GH� PDL�multe feluri;
- UH]LVWHQ H�GH�IUHFDUH��ce se produc în canalele de aer sau de gaze de ardere
FX�VHF LXQH�FRQVWDQW���(OH�GXF�OD�DSDUL LD�SLHUGHULORU�liniare de sarFLQ���∆pλ); - UH]LVWHQ H� ORFDOH�� FDUH� DSDU� OD� VFKLPE�UL� GH� IRUP�� VDX� GH� GLUHF LH� DOH�
FDQDOHORU�úL�GXF�OD�DSDUL LD�SLHUGHULORU�ORFDOH�GH�VDUFLQ���∆pξ) concentrate în VHF LXQLOH�FDUH�PDUFKHD]��VFKLPEDUHD�GH�IRUP��VDX�GH�VHF LXQH��
- efecte gazodinamice produse dH� IRU HOH� DVFHQVLRQDOH� DS�UXWH� GDWRULW��GLIHUHQ HORU� GH� WHPSHUDWXU�� DOH� IOXLGXOXL� SH� WUDVHHOH� YHUWLFDOH�� SR]LWLYH� VDX�negative (∆ph) :
∑ ∑ ±±+= fhg ppppp ∆∆∆∆ ξλ (N/m2) (7.1)
7. &$/&8/8/�+,'5$8/,&��*$=2',1$0,&��ù,�$/�,167$/$�,(,�'(�EVACUARE A GAZELOR DE ARDERE
240
unde pf este presiunea (sau depresiunea) din focar . La determinarea rezisteQ HORU��SLHUGHULORU�GH�VDUFLQ���VH�IRORVHVF�GDWHOH�VWDELOLWH�OD� FDOFXOXO� WHUPLF�� FX� H[FHS LD� GLDPHWUXOXL� HFKLYDOHQW� WHUPLF� FH� VH� vQORFXLHúWH� FX�diametrul echivalent hidraulic . �������&DOFXOXO�SLHUGHULORU�GH�VDUFLQ��OLQLDUH� Pierderile liniare de sarcin���VH�FDOFXOHD]��FX�XUP�WRDUHOH�UHOD LL��
- în cazul curgerii unui curent izoterm :
2
2w
d
lp
ρλ∆ λ = (N/m2) (7.2.)
- vQ�FD]XO�FXUJHULL�FX�VFKLPE�GH�F�OGXU���
22
1
2
2
+=
T/T
w
d
lp
p
h
ρλ∆ (N/m2) (7.3.)
l – lungimea liniare prin care curge fluidul, (m) d – diametrul echivalent hidraulic, diametrul exterior sau interior, (m) w –�YLWH]D�PHGLH�D�IOXLGXOXL�SH�SRU LXQHD�FRQVLGHUDW����P�V�� ρ –�GHQVLWDWHD�IOXLGXOXL�OD�WHPSHUDWXUD�úL�OD�SUHVLXQHD�FRQVLGHUDW����NJ�P3) 7�úL�7p – temperaturD�PHGLH�D�IOXLGXOXL��UHVSHFWLY�D�SHUH LORU�VS�OD L�GH�IOXLG��SH�
SRU LXQHD�FRQVLGHUDW����.�� λ –�FRHILFLHQWXO�GH�IUHFDUH��GHSHQGHQW�GH�QXP�UXO�5H\QROGV�úL�uneori de
UXJR]LWDWHD�SHUH LORU�(coeficientul lui Darcy). Valorile lui λ pentru conducte sau canale netede se pot determina utilizând UHOD LLOH�
Re
64=λ pentru Re < 2000 (7.4.)
290
3030
),Re(lg
,
−=λ pentru 2000 < Re < 4000 (7.5)
4
31640
Re
,=λ pentru 4000 < Re < 105 (7.6)
3HQWUX� HYL�UXJRDVH��OD�YDORUL 35 10512108 −− ⋅÷⋅= ,d
k �úL� 4000>Re :
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
241
23068
110,
Red
k,
+=λ (7.7)
unde : k�HVWH�UXJR]LWDWHD�DEVROXW��SHQWUX�FRQGXFWH�VDX�FDQDOH��GDW� pentru câteva cazuri practice în tabelul 7.1.
Tabelul 7.1. 1DWXUD�SHUH LORU�FRQGXFWHL�VDX�FDQalului 103 × k(m)
�HYL�GLQ�R HO�I�U��VXGXU�� - noi, neintrate în exploatare - FXUDWH��GXS��H[SORDWDUH� - FX�GHSXQHUL�PLFL�GH�SLDWU��OD�XWLOL]DUHD�DSHL�WUDWDWH�
úL�GHJD]DWH� - FX� GHSXQHUL� PHGLL� GH� SLDWU�� OD� XWLOL]DUHD� DSHL�
WUDWDWH�PHGLL�úL�I�U��GHJD]DUH - cu depunerL� PDUL� GH� SLDWU�� úL� FRUR]LXQL� OD�
XWLOL]DUHD�DSHL�QHWUDWDWH�úL�I�U��GHJD]DUH� &DQDOH�GLQ�WDEO�� &DQHOH�GLQ�F�U�PLG��VDX�EHWRQ�� - tencuite - QHWHQFXLWH��FX�VXSUDID ��UHODWLY�QHWHG�� - QHWHQFXLWH��FX�VXSUDID ��UXJRDV��
�HYL�GLQ�IRQW�� &DQDO�GH�]LG�ULH�EHWRQDW�� Canale din beton �HYL�GH�VWLFO��
0,02 0,04
0,1
0,04
1,0
(0,1 ÷ 0,15)
(2 ÷ 3) (3 ÷ 9)
0,8 0,8 ÷ 6 (medie 2,5) 0,8 ÷ 6 (medie 2,5)
0,0015 ÷ 0,01 (medie 0,005) Valoarea lui λ, pentru conducte sau canale rugoase, SHQWUX�FDUH�HVWH�vQGHSOLQLW��FRQGL LD�
>
k
dRe 560 (7.8)
VH�FDOFXOHD]��FX�UHOD LD�� 2
570
250
−
=
d
klog,
,λ (7.9)
ÌQ� FD]XO� FDQDOHORU� GH� JD]H� UHDOL]DWH� GLQ� PDWHULDO� WHUPRL]RODQW�� PLFúRUDUHD�WHPSHUDWXULL� GLQ� FDX]D� SLHUGHULORU� GH� F�OGXU�� SULQ� SHUH L� F�WUH�PHGLXO� vQFRQMXU�WRU� VH�SRDWH�QHJOLMD�LDU�FXUJHUH�VH�SRDWH�FRQVLGHUD�L]RWHUP��
7. &$/&8/8/�+,'5$8/,&��*$=2',1$0,&��ù,�$/�,167$/$�,(,�'(�EVACUARE A GAZELOR DE ARDERE
242
�������&DOFXOXO�SLHUGHULORU�GH�VDUFLQ��ORFDOH� Pierderile GH�VDUFLQ��ORFDOH�DWkW�vQ�FD]XO�FXUJHULL�L]RWHUPH�FkW�úL�vQ�FD]XO�FXUJHULL�FX�VFKLPE�GH�F�OGXU���VH�FDOFXOHD]��FX�UHOD LD�:
2
2wp
⋅=
ρξ∆ ξ (N/m2) (7.10)
în care:
ξ –� FRHILFLHQW� GH� UH]LVWHQ �� ORFDO�� FDUH� GHSLQGH� GH� IRUPD� JHRPHWULF���QHUHJXODULW� LL�GH�FXUJHUH�úL�XQHRUL�GH�QXP�UXO�5H\QROGV�
w�úL�ρ – viteza, respectiv densitatea fluidului în locul considerat. 'DF�� DSDUH� R� YDULD LH� GH� YLWH]�� vQ� ORFXO� VWXGLDW� �vQJXVWDUH� GH� VHF LXQH�� O�UJLUH� GH�VHF LXQH�� VH� FRQVLGHU��� vQ� FDOFXO�� YLWH]D� FHD�PDL�PDUH�� FRUHVSXQ]�WRDUH� VHF LXQLL�PDL�mici . a. 0RGLILF�UL�GH�VHF LXQH
3HQWUX�UH]LVWHQ H�ORFDOH�FUHDWH�GH�PRGLILF�UL�GH�VHF LXQH�FRHILFLHQWXO�ξ este dat de tabelul 7.2.
Tabelul 7.2. &RHILFLHQWXO�GH�UH]LVWHQ ��ORFDO��SHQWUX�PRGLILF�ULOH�GH�VHF LXQH
Denumirea 6FKL D� Coeficientul ξ raportat la YLWH]D�LQGLFDW��vQ�VFKL �
Intrare în canal cu PXFKLLOH�vQ�DFHODúL�
plan cu peretele
ξ = 0,5
Intrare în canal cu PXFKLLOH�LHúLWH
La s/d ≅ 0,2 - ξ = 0,5 s/d ≥ 0,2 - ξ = 1 0,05 < a/d < 0,2 - ξ = 0,85 la s/d ≥ 0,04 - ξ = 0,5
Intrare în canal cu muchiile rotunjite
La r/d = 0,25 PXFKLLOH� vQ� DFHODúL� SODQ� FX�peretele ξ = 0,5 FX�PXFKLLOH�LHúLWH�ξ = 0,4 la r/d = 0,1 - ξ = 0,12 la r/d = 0,2 - ξ = 0,05
w
r
w
s
a
w
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
243
,HúLUH�GLQ�FDQDO
ξ = 1
,HúLUH�GLQ�FDQDO�SULQ�JU�WDU�VDu prin GLDIUDJP�
ξ = (1,707 m
M
f
f-1)2
fm –� VHF LXQHD� OLEHU�� GH�FXUJHUH� D� JU�WDUXOXL� VDX� D�diafragmei fM –� VHF LXQHD� OLEHU�� D�canalului
Intrare în canal prin JU�WDU�VDX�SULQ�GLDIUDJP�
ξ =
m
M
f
f+0,707
2
m
M
m
M
f
f1
f
f
−
*U�WDUXO�VDX�diafragma în
interiorul canalului
ξ =
m
M
f
f-1+0,707
2
m
M
m
M
f
f1
f
f
−
&ODSHW��FRPSOHW�GHVFKLV�
ξ = 0,1
b. &RWXUL��FLUFXODUH��VDX�S�WUDWH Cot de 900�FX�UD]D�5�GH�FXUEXU��úL�GLDPHWUXO�G�DO�FRQGXFWHL��
Tabelul 7.3. &RHILFLHQWXO�GH�UH]LVWHQ ��SHQWUX�FRWXUL�GH���0�FLUFXODUH�VDX�S�WUDWH
d
R 05 06 07 08 09 1 15 2 3 4 5 10 15 20
ξ 1,2 0,9 0,65 0,45 0,35 0,28 0,19 0,17 0,14 0,13 0,11 0,08 0,06 0,05 Când unghiul de cotire ϕ este diferit de 900�VH�DSOLF��FRHILFLHQWXO�GH�FRUHF LH�%�� BC ⋅= ξξ (7.11)
Tabelul 7.4. &RUHF LH�SHQWUX�XQJKLXO�GH�FRWLUH
ϕ 0 300 600 900 1200 1500 1800
B 0 0,48 0,80 1 1,18 1,32 1,41 &kQG�VHF LXQHD�HVWH�GUHSWXQJKLXODU���D�E��FX�FRWD�E�vQ�SODQXO�FXUEXULL�VH�DSOLF��FRHILFLHQWXO�GH�FRUHF LH�&��
w
w w
w w
w w
w
7. &$/&8/8/�+,'5$8/,&��*$=2',1$0,&��ù,�$/�,167$/$�,(,�'(�EVACUARE A GAZELOR DE ARDERE
244
CBC ⋅⋅= ξξ (7.12)
Tabelul 7.5 &RUHF LH�SHQWUX�VHF LXQH�GLIHULW��GH�S�WUDW
b
a 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,5 2 3 4 6 8
C 1,22 1,13 1,08 1,04 1 0,90 0,86 0,86 0,90 0,97 1 &RHILFLHQWXO� GH� UH]LVWHQ �� SHQWUX� FRWXUL� EUXúWH� �I�U�� UDFRUG�UL�� vQ� FD]XO� XQXL�unghi de cotire de 900�úL��D�XQHL�VHF LXQL�S�WUDWH�VDX�FLUFXODU��GH�FRQGXFW��HVWH�� 21,C =ξ (7.13) În cazul unui unghi diferit de cotire :
B,C ⋅= 21ξ (7.14) ÌQ�FD]XO�XQHL�VHF LXQL�GUHSWXQJKLXODUH�GH�FDQDO�� CB,C ⋅⋅= 21ξ (7.15) Când în cotire�VH�IDFH�úL�R�PRGLILFDUH�D�VHF LXQLL�FDQDOXOXL��F�GHULOH�GH�SUHVLXQH�VH�FDOFXOHD]��FX�YLWH]D�FHD�PDL�PDUH�úL�FX�XUP�WRDUHOH�FRUHF LL��
- SHQWUX�FRWXUL�EUXúWH�QX�VH�DSOLF��FRUHF LD� - pentru coturi line cu 10,
b
R> :
2
⋅⋅⋅=
i
eC
f
fCBξξ (7.16)
unde fe�HVWH�VHF LXQHD�GH�LHúLUH�úL�fi�VHF LXQHD�GH�LQWUDUH�� c. 9DULD LL�GH�VHF LXQH 1RWkQG�VHF LXQHD�PLF��FX�fm�úL�FX�fM�VHF LXQHD�PDUH��FRHILFLHQWXO�GH�UH]LVWHQ ��OD�O�UJLUHD�VHF LXQLL�YD�IL�ξ’�úL�OD�vQJXVWDUHD�VHF LXQLL�ξ’’ .
Tabelul 7.6. &RHILFLHQWXO�GH�UH]LVWHQ ��OD�YDULD LD�VHF LXQLL
fm/ fM 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 ξ’ 0,81 0,64 0,49 0,36 0,25 0,16 0,09 0,04 0,01 ξ’’ 0,47 0,43 0,38 0,33 0,28 0,23 0,17 0,12 0,06
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
245
3HQWUX�O�UJLUH�úL�vQJXVWDUH�EUXVF��GH�VHF LXQH�SRW�IL�XWLOL]DWH�UHOD LLOH��
2
1
−=
m
M
f
f'ξ respectiv
2
150
−=
M
m
f
f,''ξ (7.17)
d. )DVFLFXO�GH� HYL�DúH]DWH�vQ�OLQLH��FRULGRU� rn⋅= 0ξξ în care : nr –�QXP�UXO�GH�UkQGXUL�GH� HYL�SH�GLUHF LD�GH�FXUJHUH�D�IOXLGXOXL�� ξ0 – coefLFLHQWXO�GH�UH]LVWHQ ��DO�XQXL�UkQG�GH� HYL��
Coeficientul ξ0 depinde de pasurile relative s1/d�úL s2/d GLQWUH� HYL�SUHFXP�úL�GH� QXP�UXO� 5H\QROGV�� s2� úL� s1� UHSUH]LQW�� SDVXULOH� GLQWUH� HYL� vQ� VHQVXO� FXUJHULL�IOXLGXOXL��UHVSHFWLY�SHUSHQGLFXODU�SH�GLUHF LD�de curgere iar d este diametrul exterior al HYLORU�IDVFLFROXOXL�� 'DF��VH�QRWHD]��� 1
1
2
1
2
1
−−
=−−
=)d/s(
)d/s(
ds
dsΨ (7.18)
atunci pentru : 21 ss ≤ �úL������≤ ϕ < 1 :
201
0
521,
Re)()d/s(
,
ϕξ
⋅= (7.19)
iar pentru : s1 > s2 úL�����ϕ ≤ 8 :
2
20680
1
0
90
320
Ψϕξ
,
,(Re)),()d/s(
,
−⋅
= (7.20)
'DF�� XQJKLXO�GLQWUH�GLUHF LD�GH�FXUJHUH�D� IOXLGXOXL� úL� D[HOH� HYLORU� IDVFLFROXOXL�este β ≤ 750, coeficientul ξ�WUHEXLH�P�ULW�FX������� e. )DVFLFROXO�GH� HYL�DúH]DWH�GHFDODW� )n( r 10 += ξξ (7.21)
în care: 270
0,
s ReC−=ξ (7.22)
7. &$/&8/8/�+,'5$8/,&��*$=2',1$0,&��ù,�$/�,167$/$�,(,�'(�EVACUARE A GAZELOR DE ARDERE
246
Coeficientul CS� LQH� VHDPD� GH� SDVXULOH� GLQWUH� HYL�� SDVXO� UHODWLY� SH� GLDJRQDO��fiind :
2
2
2
12
4
1
+
=
d
s
d
s
d
s'
(7.23)
VH�QRWHD]���
1
1
2
1
−−
=)d/s(
)d/s('
ϕ (7.24)
GDF��������≤ ϕ < 1,7 :
CS = 3,2 +(4,6 – 2,7ϕ)(2 - s1/d) în cazul în care s1/d < 2 (7.25) sau : CS = 3,2 în cazul în care s1/d ≥ 2 (7.26)
'DF������≤ ϕ ≤ 5,2 ; CS = 0,44 (ϕ +1)2
'DF��XQJKLXO�GLQWUH�GLUHF LD�GH�FXUJHUH�D�IOXLGXOXL�úL�D[HOH� HYLORU�HVWH�β ≤ 750,
coeficientul ξ�WUHEXLH�P�ULW�FX������� f. 3HQWUX�FDOFXOXO�FRHILFLHQWXOXL�GH�UH]LVWHQ ��ORFDO��DO�WHXULORU�VLPHWULFH se poate IRORVL� XUP�WRDUHD�PHWRG�� DSUR[LPDWLY��� WHXO� VH� vQORFXLHúWH� vQ�PRG� FRQYHQ LRQDO� SULQ�GRX�� FRWXUL� LQGHSHQGHQWH�� DGPL kQGX-VH� F�� VHF LXQea canalului comun se împarte ORQJLWXGLQDO�vQ�GRX��S�U L�SURSRU LRQDOH�FX�GHELWHOH�UDPXULORU��FRHILFLHQWXO�GH�UH]LVWHQ ��ORFDO��SHQWUX�ILHFDUH�FXUHQW�VH�FDOFXOHD]��FD�SHQWUX�XQ�FRW�FX�PXFKLLOH�QHURWXQMLWH��FX�VHF LXQL�LQHJDOH�OD�LQWUDUH�úL�OD�LHúLUH�� &DOFXOXO�SLHUGHULORU�GH�VDUFLQ�� OD�FXUJHUHD�DHUXOXL� VDX�D�JD]HORU�GH�DUGHUH�SULQ�VXSUDIH HOH� GH� vQF�O]LUH� DOH� DSDUDWXOXL� FX� UHOD LLOH� LQGLFDWH�� HVWH� YDODELO� vQ� FD]XO��VXSUDIH HORU��GH�vQF�O]LUH�FXUDWH�� $YkQG�vQ�YHGHUH�IDSWXO�F��vQ�FDOFXOH�QX�VH�SRDWH� LQe seama de o serie de aspecte VSHFLILFH�� FDUDFWHULVWLFH� FXUJHULL� vQ� FRQGL LL� UHDOH�� SLHUGHULOH� GH� VDUFLQ�� GHWHUPLQDWH�WHRUHWLF� VH� FRUHFWHD]�� SULQ� vQPXO LUHD� FX�XQ�FRHILFLHQW�GH�FRUHF LH�ε0� DOH� F�UXL�YDORUL��SHQWUX�FD]XO�PXUG�ULULL�PHGLL�D�VXSUDIH HORU�GH�vQF�O]LUH�VXQW��
- IDVFLFROH�GH� HYL�ILHUE�WRDUH�YHUWLFDOH�«««««««««««««��1 - VXSUDIH H�GH�vQF�O]LUH�UHDOL]DWH�GLQ�VHUSHQWLQH� �VXSUDvQF�O]LWRDUH�HFRQRPL]RDUH����««««««««««««««������ - preîQF�O]LWRDUH�GH�DHU�GLQ� HYL�QHWHGH��
o pe partea aerului de ardere 1,05 o pe partea gazelor de ardere …………………………………….. 1,1
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
247
�������&DOFXOXO�SLHUGHULORU�GH�VDUFLQ��vQ�FDQDOH�YHUWLFDOH��HIHFWH�GH�WLUDM�� 9DORDUHD� DXWRWLUDMXOXL� �WLUDMXO� QDWXUDO�� RULF�UeL� SRU LXQL� YHUWLFDOH� GLQ� FLUFXLW��LQFOXVLY�FRúXO��VH�FDOFXOHD]��FX�UHOD LD�� g)(hp gah ρρ∆ −±= (N/m2) (7.27)
unde : h -��HVWH�vQ�O LPHD��SH�YHUWLFDO��D�WUDVHXOXL��P�� ρa – densitatea aerului exterior (kg/m3)
ρg – densitatea medie a gazului afODW�vQ�FRQGXFW��(kg/m3) 'DF�� IOXLGXO� HVWH� GLULMDX� vQ� VXV�� DXWRWLUDMXO�PLFúRUHD]�� SLHUGHUHD� GH� VDUFLQ�� vQ�circuit (-∆ph��� LDU� GDF�� IOXLGXO� HVWH� GLULMDW� vQ� MRV�� DXWRWLUDMXO� YD� P�UL� SLHUGHUHD� GH�VDUFLQ��vQ�FLUFXLW��+∆ph) . În cazul tirajului natural, autoWLUDMXO� FRúXOXL�� FD� GH� DOWIHO� úL� UH]LVWHQ HOH� OD�FXUJHUHD�JD]HORU�GH�DUGHUH�SULQ�FRú��VH�GHWHUPLQ��VHSDUDW��
7.2. CDOFXOXO�SDUDPHWULORU�GH�ED]��Di�LQVWDOD LHL�GH�DOLPHQWDUH�FX�DHU�GH� ardere
7.2.1. Debitul de aer
Introducerea aerului de ardere în focar se face cu ajutorul ventilatoarelor de aer. /D�XQHOH�FD]DQH�PLFL�DGPLVLD�OXL�VH�IDFH�SULQ�HIHFWXO�LQVWDOD LHL�GH�WLUDM�� 'HELWXO�GH�FDOFXO�DO�YHQWLODWRDUHORU�GH�DHU�VH�GHWHUPLQ��FX�UHOD LD��
273
27301611 01
arfa
tBV,D
+⋅= αβ (m3/s) (7.28)
B – debitul de combustibil care arde efectiv în focar, în kg/s sau Nm3/s .
1,0161 V0 – volumul teoretic de aer umed necesar arderii, în Nm3/kg sau Nm3/Nm3
αf – coeficientul de exces de aer în focar
tar – temperatura aerului aspirat de ventilator, în 0C
β1 – coeILFLHQW�GH�UH]HUY���HJDO�FX������� ÌQ�FD]XO�vQ�FDUH�FRQ LQXWXO�GH�XPLGLWDWH�DO�DHUXOXL��[��HVWH�GLIHULW�GH������NJ�NJ�aer uscat, termenul 1,0161 V0��VH�vQORFXLHúWH�FX����������[��90 .
7. &$/&8/8/�+,'5$8/,&��*$=2',1$0,&��ù,�$/�,167$/$�,(,�'(�EVACUARE A GAZELOR DE ARDERE
248
7.2.2. Calculul presiunii ventilatoarelor de aer de ardere PierGHUHD� GH� VDUFLQD� WRWDO�� D� WUDVHXOXL� GH� DHU� YD� IL�� LQkQG� VHDPD� GH� H[LVWHQ D�depresiunii din focar (pf = 30 ÷ 50 N/m2) :
∑ ∑ ∑ −+±++= fAha pppppp ∆∆∆∆∆ ξλ (7.29)
Termenul ∆pa�UHSUH]LQW��SLHUGHUHD�GH�VDUFLQ��vQ�DU]�WRU��7HUPHQXO�∑∆ph poate IL�QHJOLMDW�GDF��DHUXO�QX�HVWH�SUHvQF�O]LW�VDX�GDF��GLIHUHQ HOH�GH�FRWH�GLQWUH�SUHvQF�O]LWRU�GH�DHU�úL�DU]�WRDUH�QX�vQWUHF����P� 3H�WUDVHXO�DHUXOXL�GH�DUGHUH��SLHUGHULOH�GH�VDUFLQ��KLGUDXOLF��vQVXPHD]�:
- UH]LVWHQ HOH�FRQGXFWHL�GH�DVSLUD LH�SkQ��OD�YHQWLODWRU�� - UH]LVWHQ HOH�FRQGXFWHL�GH�UHIXODUH�GH�OD�YHQWLODWRU�OD�SUHvQF�O]LWRUXO�GH�DHU�� - UH]LVWHQ HOH�WUDVHXOXL�GH�OD�SUHvQF�O]LWRUXO�GH�DHU�OD�IRFDU�� - UH]LVWHQ HOH� LQVWDOD LLORU� IRFDUXOXL�� vQ� FD]XO� DUGHULL� FRPEXVWLELOXOXL� VROLG� SH�
JU�WDU,� VH� FRPSXQ� GLQ� UH]LVWHQ HOH� FXWLLORU� GH�GLVWULEX LH� SHQWUX� DOLPHQWDUHD�FX� DHU� SH� ]RQH� D� JU�WDUXOXL� úL� GLQ� UH]LVWHQ D� JU�WDUXOXL� úL� D� VWUDWXOXL� GH�FRPEXVWLELO��LDU�OD�IRFDUHOH�I�U��JU�WDU�VH�FRPSXQ�GLQ�UH]LVWHQ HOH�FDUH�SDU�OD�FXUJHUHD� DHUXOXL� SULQ� DU]�WRU� �DHUXO� VHFXQGDU�� LQFOXVLY� SLHUGHUHD� GH� VDUFLQ��GLQDPLF��OD�LHúLUHD�DHUXOXL�GLQ�DU]�WRU�vQ�FDPHUD�GH�DUGHUH) .
5H]LVWHQ D� JU�WDUXOXL� úL� DOH� VWUDWXOXL� GH� FRPEXVWLELO� VH� LDX� vQ� FRQVLGHUDUH� SULQ�SUHVLXQHD�SH�FDUH�DHUXO�GH�DUGHUH�WUHEXLH�V��o DLE��VXE�JU�WDU��FRQIRUP�LQGLFD LLORU�GLQ�tabelul 7.7.
Tabelul 7.7 3UHVLXQHD�QHFHVDU��VXE�JU�WDU
Tipul focarului Combustibil Presiunea aerului VXE�JU�WDU��1�P2)
(valori orientative) )RFDU�FX�JU�WDU�UXODW� &�UEXQL� EUXQL� VXSHULRUL�� KXLOH�
necocsificabile 600 - 800
)RFDUH� FX� JU�WDUH�înclinate, mecanizate
&�UEXQL�bruni cu w≤40% 600- 800
)RFDUH�FX�JU�WDU�IL[ &�UEXQL�EUXQL &�UEXQL�EUXQL�LQIHULRUL��OLJQL L
800 – 1000 1000 - 1200
3UHVLXQHD�GH�FDOFXO�D�YHQWLODWRDUHORU�GH�DHU�VH�GHWHUPLQ��FX�UHOD LD�� av pH ∆β2= (N/m2) (7.30)
unde : β2 este un coeILFLHQW�GH�UH]HUY��SHQWUX�SUHVLXQH��HJDO�FX������
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
249
3XWHUHD�PRWRUXOXL�HOHFWULF�FH�DQWUHQHD]��YHQWLODWRUXO�YD�IL��
v
vvv
HDN
η⋅⋅
=1000
(kw) (7.31)
unde : ηv este randamentul ventilatorului (0,6 ÷ 0,8) . 7.3. CDOFXOXO�SDUDPHWULORU�GH�ED]��DL�LQVWDOD LHL�GH�WLUDM�
�������'HELWXO�LQVWDOD LHL�GH�WLUDM� 'HELWXO�GH�FDOFXO�DO� LQVWDOD LHL�GH�HYDFXDUH�D�JD]HORU�GH�DUGHUH�VH�GHWHUPLQ��FX�UHOD LD��
273
2731
g
gg
tBVD
+= β (m3/s) (7.32)
Vg – volumul gazelor de ardere din cazan la excesul de aer αFRú, [ Nm3/kg sau
Nm3/ Nm3]
β1 –�FRHILFLHQW�GH�UH]HUY���β1 = 1,05 pentru cazan cu debitul nominal > 20 t/h ����úL�β1 = 1,1 pentru cazane cu debitul nominal ≤ 20 t/h) .
tg –�WHPSHUDWXUD�JD]HORU�GH�DUGHUH�OD�H[KDXWRU��UHVSHFWLY�OD�ED]D�FRúXOXL��>�0C ]. 7.3.2. Calculul presiunii ventilatoarelor de gaze de ardere
([KDXWRUXO�WUHEXLH�V��vQYLQJ��WRDWH�UH]LVWHQ HOH��GH�SH�WUDVHXO�JD]HORU�GH�DUGHUH��GH�OD�SDUWHD�GH�vQFHSXW�D�IRFDUXOXL�SkQ��OD�HYDFXDUHD�JD]HORU�GH�DUGHUH��OD�ED]D�FRúXOXL��unde de regul��VH�LPSXQH������p = 0 . 'HFL�� vQ� FD]XO� WLUDMXOXL� DUWLILFLDO� FRúXO� QX� VHUYHúWH� DWkW� SHQWUX� FUHDUHD� WLUDMXOXL��FkW� SHQWUX� HYDFXDUHD� JD]HORU� GH� DUGHUH� vQ� DWPRVIHU��� 'H� DFHHD�� vQ�O LPHD� FRúXOXL� VH�DOHJH� vQ� IXQF LH� GH� FRQGL LLOH� VDQLWDUH�� GH� SURWHMDUH� D� YHJHWD LHL� HWF��� VH� FDOFXOHD]��QXPDL�GLDPHWUXO�FRúXOXL��FDUH�VH�GHWHUPLQ��vQ�IXQF LH�GH�GHELWXO�WRWDO�GH�JD]H�GH�DUGHUH�SHQWUX�R�YLWH]��OD�LHúLUHD�GLQ�FRú�GH���-���P�V��'LDPHWUXO�PHGLX�DO�XQXL�FRú��vQ�IXQF LH�GH�FHOH�GRX��YDORUL�G1�úL�G2�GH�OD�H[WUHPLW� L��YD�Ii :
21
212
dd
dddm +
= (7.33)
'XS�� FDOFXOXO� UH]LVWHQ HORU� VHSDUDWH� GH� SH� vQWUHJ� WUDVHXO� JD]HORU� GH� DUGHUH� VH�LQWURGXFH� R� FRUHF LH� FDUH� LQH� VHDPD� GH� FRQFHQWUD La� GH� FHQXú�� vQ� JD]HOH� GH� DUGHUH�provenite din arderea combustibilului solid . PHQWUX� WUDVHXO�JD]HORU�GH�DUGHUH��DWXQFL�FkQG�IRFDUXO� OXFUHD]�� vQ�GHSUHVLXQH�� OD�SLHUGHUHD�GH�VDUFLQ��WRWDO��D�WUDVHXOXL�VH�DGDXJ��úL�GHSUHVLXQHD�SURGXV��vQ�IRFDU�Sf . 6H� DGRSW�� vQ� JHQHUDO� R� GHSUHVLXQH� GH� ��� ·� ��� 1�P2� OD� QLYHOXO� DU]�WRDUHORU��Pierderea totDO��GH�VDUFLQ���SHQWUX�WUDVHXO�JD]HORU�GH�DUGHUH�YD�IL�
7. &$/&8/8/�+,'5$8/,&��*$=2',1$0,&��ù,�$/�,167$/$�,(,�'(�EVACUARE A GAZELOR DE ARDERE
250
∑ ∑ ∑ +±+++= fhg p)]p(pp)[(p ∆∆∆µ∆ ξλ1 (N/m2) (7.34)
µ -� HVWH� FRQFHQWUD LH� GH� FHQXú�� vQ� JD]HOH� GH� DUGHUH� úL� VH� FDOFXOHD]�� SHQWUX� R�WHPSHUDWXU��PHGLH�VL�XQ�FRHILFLHQW�GH�H[FHV�PHGLX��
gg
an
V
aA
⋅⋅⋅
=−
ρµ
210 �NJ�FHQXú��NJ�JD]H�GH�DUGHUH�� (7.35)
unde : A�HVWH�SURFHQWXO�WRWDO�GH�FHQXú��� aan –�IUDF LXQHD�DQWUHQDW��GH�JD]HOH�GH�DUGHUH�GLQ�FDQWLWDWHD�WRWDO��GH�FHQXú��UH]XOWDW��prin arderea a ��NJ�GH�FRPEXVWLELO��'DF��FHQXúD�úL�]JXUD�VXQW�HYDFXDWH�vQ�VWDUH�VROLG��aan este :
- ����SHQWUX�IRFDUHOH�FX�F�UEXQH�SXOYHUL]DW�úL� - ����·�����SHQWUX�IRFDUHOH�FX�JU�WDU��
Pentru combustibil lichid sau gazos µ = 0 . 3UHVLXQHD�GH�FDOFXO�D�H[KDXVWRUXOXL�VH�GHWHUPLQ��FX�UHOD LD�� gex pH ∆β ⋅= 2 (N/m2) (7.36)
unde : β2�HVWH�XQ�FRHILFLHQW�GH�UH]HUY��SHQWUX�SUHVLXQHD�HJDO��FX������� 3XWHUHD�PRWRUXOXL��HOHFWULF�FH�DQWUHQHD]��H[KDXVWRUXO�YD�IL��
ex
exg HDN
η1000
⋅= (kw) (7.37)
unde : ηex – este randamentul exhaustorului (0,6 ÷ 0,8) .
7.3.3. Calculul coúXOXL�OD�LQVWDOD LLOH�FX�WLUDM�QDWXUDO� 'LDPHWUXO�FRúXOXL� VH�GHWHUPLQ�� vQ� IXQF LH�GH�GHELWXO� WRWDO�GH�JD]H�GH�DUGHUH�DO�FD]DQHORU�OHJDWH�OD�FRú��9LWH]D�JD]HORU�GH�DUGHUH�OD�LHúLUHD�GLQ�FRú�VH�DOHJH�vQWUH���úL����m/s, cu valorile mici ale vitezei la cazane de debit mic. ÌQ� FD]XO� FkQG� FRúXO� FD]DQXOXL� HVWH� GHVWLQDW� SHQWUX� SUHOXDUHD� vQWUHJXOXL� WLUDM�necesar cazanului :
gp,H ∆210 = (7.38)
unde H0�HVWH�WLUDMXO�QHW�DO�FRúXOXL�� ÌQ� FD]XO� FkQG� FRúXO� HVWH� GHVWLQDW� exclusiv dispersiei emisiilor poluante în PHGLXO�vQFRQMXU�WRU�� gp,H ∆210 < (7.39)
restul tirajului fiind asigurat de exhaustor.
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
251
7LUDMXO�EUXW�DO�FRúXOXL��+��FDUH�VH�GHWHUPLQ��I�Uk�SLHUGHULOH�SURSULL�GH�VDUFLQ��SH�traseul acestuia, este :
g)(hH gmac ρρ −= (7.40)
hc –�vQ�O LPHD�FRúXOXL���P�� ρa – densitatea aerului exterior, (kg/m3); ρa = 1,293
at273
273
+ (7.41)
ρgm –�GHQVLWDWHD�JD]HORU�GH�DUGHUH�OD�WHPSHUDWXUD�PHGLH�GLQ�FRú���NJ�P3) Densitatea gazelor de ardere la stare normal��VH�FDOFXOHD]��FX�UHOD LLOH�
00
0
1
29317170
V)(V
V,,
g
gN −++
=α
αρ pentru combustibil gaz natural (7.42)
00
0
1
29311
V)(V
V,
g
gN −++
=α
αρ pentru combustibil lichid sau gazos (7.43)
Densitatea medie a gazelor de ardere, la temperatura tgm va fi :
gm
ggmtN +
=273
273ρρ (7.44)
7HPSHUDWXUD�PHGLH�D�JD]HORU�vQ�FRú�HVWH��
2c
igm
ttt
∆−= (0C) (7.45)
3HQWUX� GHWHUPLQDUHD� F�GHULL� GH� WHPSHUDWXU�� vQ� FRú� ûtc� VH� XWLOL]HD]�� UHOD LL�H[SHULPHQWDOH�VWDELOLWH�vQ�IXQF LH�GH�F�GHUHD�GH�WHPSHUDWXU��SH�XQLWatea de lungime ∆t:
tht cc ∆∆ ⋅= (0C) (7.46)
cu valorile pentru ∆t:
- FRú�GH�WDEO��QHL]RODW��
hQ
,t
761=∆ sau
hDt
2=∆ (0C) (7.47)
- FRú�GH�WDEO��L]RODW��
7. &$/&8/8/�+,'5$8/,&��*$=2',1$0,&��ù,�$/�,167$/$�,(,�'(�EVACUARE A GAZELOR DE ARDERE
252
hQ
,t
70=∆ sau
hD
,t
80=∆ (0C) (7.48)
- FRú�GH�F�U�PLG��FX�SHUH LL�FX�JURVLPH�GH�FFD������PP��
hQ
,t
60=∆ sau
hD
,t
220=∆ (0C) (7.49)
- FRú�GH�F�U�PLG��FX�SHUH LL�F�JURVLPH�GH�FFD������PP��
hQ
,t
130=∆ sau
hD
,t
130=∆ (0C) (7.50)
unde Dh este debitul de abur al cazanului în t/h iar Qh�GHELWXO�GH�F�OGXU��vQ�MW . 'H� PHQ LRQDW� F�� hc�� vQ�O LPHD� FRúXOXL�� WUHEXLH� DSUR[LPDW�� LQL LDO� SHQWUX� D� VH�putea calcula ∆tc FX�UHOD LD��������úL H�FX�UHOD LD���������� &D�R�SULP��LQGLFD LH�WLUDMXO�EUXW�DO�FRúXOXL� *
oh în N/m2���P�vQ�O LPH�GH�FRú�HVWH�dat în tabelul 7.8 .
Tabelul 7.8. 7LUDMXO�XQLWDU�DO�FRúXOXL
tgm 0C 120 130 140 150 160 170 180
*oh N/m2/1 m 2,66 2,88 3,1 3,3 3,5 3,7 3,86
tgm 0C 190 200 210 220 230 240 250
*oh N/m2/1 m 4,04 4,2 4,36 4,51 4,65 4,8 4,9
7DEHOXO� ���� HVWH� FDOFXODW� SHQWUX� R� WHPSHUDWXU�� D� DHUXOXL� DPELDQW� GH� ��0C,
GHQVLWDWHD�QRUPDO��ρa0 = 1,293 kg/Nm3�úL�ρg0 = 1,34 kg/Nm3 . 7LUDMXO�QHW�DO�FRúXOXL�VH�GHWHUPLQ��FX�UHOD LD�
HphHH c 9,0cos0 ≅∆⋅−= (N/m2) (7.51)
unde : ∆pFRú�HVWH�SLHUGHUHD�GH�VDUFLQ��OLQLDU��SH���P�GH�OXQJLPH�GH�FRú��FDS����������� 5HOD LLOH� SUHFHGHQWH� SRW� IL� IRORVLWH� úL� SHQWUX� YHULILFDUHD� YDORULL� PD[LPH� D�SLHUGHULL�GH�VDUFLQ��ce SRDWH�IL�DFRSHULW��SULQ�WLUDM�QDWXUDO��GH�XQ�FRú�FX�GLPHQVLXQL�GDWH�.
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
253
7.���&DOFXOXO� SDUDPHWULORU� GH� ED]�� DL� LQVWDOD LHL� GH� LQVXIODUH� OD� FD]DQHOH� FX�ardere sub presiune
7.�����'HELWXO�LQVWDOD LHL�GH�LQVXIODUH� &X�QRWD LLOH�IRORVLWH�DQWHULRU��GHELWXO de aer al ventilatorului este :
273
27301611 01
a
fa
tBV,D
+= αβ (m3/s) (7.52)
în care : αf este coeficientul de exces de aer din focar . 7.4.2. Calculul presiunii de refulare a ventilatorului de insuflare La cazanele lucrând cu focarele sub presiune delimitarea drumului de gaze pe WUDVHXO�DHUXOXL�QX�HVWH�QHFHVDU��GHRDUHFH�HIHFWXO�GH�FLUFXOD LH�HVWH�SURGXV�GH�R�VLQJXU��VXIODQW���ÌQ�DFHVW�FD]� gag,a ppp ∆∆∆ −= (7.53)
Presiunea de calcul a ventilatorului de aer insuflat va fi :
g,ai,v pH ∆β2= (N/m2) (7.54)
3XWHUHD�PRWRUXOXL�HOHFWULF�QHFHVDU�DQWUHQ�ULL�YHQWLODWRUXOXL��YD�IL��
v
i,va
i,v
HDN
η1000= (kw) (7.55)
unde: ηv este randamentul ventilatorului .
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE CAZANE
254
CAPITOLUL 8 CALCULUL DE REZISTENŢĂ AL CAZANELOR
8.1. Date generale Calculul de rezistenţă se efectuează pentru dimensionarea sau verificarea tamburilor (mantalei) ţevilor, colectoarelor, plăcilor tubulare, fundurilor şi tubului de flacără. Elementele metalice se dimensionează sau se verifică considerându-le supuse la presiune interioară sau exterioară ca solicitare principală. În calcule se ţine seama şi de alte solicitări ce pot avea loc, datorate:
a) greutăţii proprii şi a fluidului în timpul exploatării; b) diferenţelor de temperatură şi a dilatării termice diferite a materialelor; c) sarcinii hidrostatice a fluidului; d) efectul concentrărilor de eforturi produse de suporturi, racorduri de conducte
şi alte similare.
8.2. Materiale folosite pentru execuţia elementelor metalice ale cazanelor Principalul material utilizat în execuţia cazanelor este oţelul, a cărui compoziţie
chimică, conform SR EN 297 + A2 / 2001 este cea din tabelul 8.1. Tabelul 8.1.
Caracteristici mecanice şi compoziţia chimică a oţelurilor carbon şi inoxidabile
Material Tip oţel
Rezistenţă la
tracţiune σr
N/mm2
C
masa %
P
masa %
S
masa %
Si
masa %
Mn
masa %
Cr
masa %
Mo
masa %
Ni
masa %
Ti
masa %
Nb/Ta
masa %
Carbon ≤ 520 ≤
0,25 ≤
0,05 ≤
0,05 - - - - - - -
Feritic ≤ 600 ≤
0,08 ≤
0,045 ≤
0,030 ≤ 1,0 ≤ 1,0 15,5-18 ≤ 1,5 - ≤ 7×
% C ≤ 12× % C
Table, ţevi
Austenitic ≤ 800 ≤
0,08 ≤
0,045 ≤
0,030 ≤ 1,0 ≤ 2,0 16,5-20
2,0-3,0 9-15 ≤ 5×
% C ≤ 8× % C
Pentru armături din fontă şi la realizarea ţevilor cu aripioare sau nervurate, caracteristicile minime pentru fontă sunt cele centralizate în tabelul 8.2.
Tabelul 8.2. Caracteristici minime pentru fontă
Fontă cu grafit lamelar (ISO 185) : Rezistenţă la tracţiune σr
Duritate Brinell
≥ 150 N/mm2 160 – 220 HB 2,5/187,5
Fontă cu grafit nodular (recopt feritic) : Rezistenţă la tracţiune σr
Rezilienţă
≥ 400 N/mm2 ≥ 23 J/c m2
8. CALCULUL DE REZISTENŢĂ AL CAZANELOR
255
Reperele turnate executate din aluminiu sau din cupru sunt centralizate în tabelele 8.3 şi 8.4.
Grosimile minime ale pereţilor sunt prezentate în tabelele 8.5 şi 8.8.
Tabelul 8.3. Repere turnate executate din aluminiu sau din aliaje de aluminiu
Rezistenţă la tracţiune
σr N/mm2
Domeniu de temperatură 0C
Al 99,5 ≥ 75 până la 300 Al Mg2 Mn 0,8 ≥ 275 până la 250
Tabelul 8.4.
Repere turnate executate din cupru sau din aliaje de cupru
Rezistenţă la tracţiune
σr
N/mm2
Domeniu de temperatură 0C
SF - Cu ≥ 200 până la 250 Cu Ni 30 Fe ≥ 310 până la 350
Grosimile minime ale pereţilor sunt prezentate în tabelele 8.5 şi 8.8.
Tabelul 8.5. Grosimi minime pentru reperele laminate
Oţeluri carbon, aluminiu Oţeluri protejate, oţeluri inoxidabile, cupru a
mm b
mm c
mm a
mm b
mm c
mm 4 3 2,9 2 2 1
Coloana a) pentru pereţii camerelor de ardere expuşi la apă şi la foc şi pentru pereţii orizontali ai suprafeţelor de schimb prin convecţie . Coloana b) pentru pereţii care nu sunt expuşi decât la apă şi pentru formele de consolidare, ca ambutisările suprafeţelor de încălzire prin convecţie de deasupra camerei de ardere . Coloana c) ţevi ale schimbătorului convectiv .
Tabelul 8.8. Grosimile nominale minime ale elementelor cazanelor executate din materiale turnate
supuse la presiune
Debit caloric nominal Qn Debit caloric nominal Qn Fontă cu grafit nodular (recopt feritic), cupru
kW mm mm ≤ 35 > 35
3,5 4,0
3,0 3,5
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE CAZANE
256
Oţelurile pentru tamburi şi colectoare de diametru mare, executate în general din tablă sudată, sunt oţeluri OLK (tabelul 8.7) . Valoarea rezistenţei admisibile (σa), calculată după necesităţi în raport cu temperatura de calcul a peretelui elementului de cazan, se determină din relaţia de calcul corespunzătoare :
tfa
tra
tcara σσσσσσσσ ≤≤≤≤ ;5,1/;5,1/;6,2/20
(8.1) unde :
tr
20G ,σσ - este rezistenţa la limita de rupere la 200C, respectiv la temperatura
peretelui; tcσ - rezistenţa la limita de curgere, la temperatura tp;
fσ - rezistenţa la limita de fluaj, la temperatura tp. Temperatura de calcul a peretelui tp este temperatura pentru care se stabileşte valoarea rezistenţei admisibile a metalului :
C)(tt fp05025 ±+= şi în general
+=
δλα ,,qftt fp
unde: tf este temperatura fluidului de lucru.
Tabelul 8.7. Oţel carbon laminat în table groase pentru cazane de abur şi recipiente sub presiune
Limita de curgere la 200C
σc (daN/cm2) Marca Rezistenţa la tracţiune σr (daN/cm2) I II III
Alungirea relativă la rupere (%)
OLK 1 3400…4200 3400-3800 3900-4000 4100-4200
2200 2000 1900 31 30 28
OLK 2 3800…4700 3800-4000 4100-4300 4400-4700
2400 2200 2100 27 26 25
OLK 3 3500…4400 2300 2200 2100 24 OLK 4 4100…5000 2600 2500 2400 22 OLK 5 4400…5300 2800 2700 2600 20
În tabelul 8.8 sunt date rezistenţele admisibile în funcţie de temperatură pentru unele oţeluri utilizate la cazane .
8. CALCULUL DE REZISTENŢĂ AL CAZANELOR
257
Tabelul 8.8. Rezistenţele admisibile σa în daN/cm2 pentru diferite oţeluri, în funcţie de temperatură
OL 34
OLC 10
OL 37
OLC 15
OL 42
OLK 2
OLC 25 OLK 3
Temperatura de calcul a pereţilor
(0C) σa în daN/cm2 20
200 240 260 280
11700 1050 970 930 890
1200 1090 1000 960 920
1300 1170 1070 1030 980
1330 1210 1110 1060 1010
1430 1280
… 1110
-
1470 1330 1220 1160 1110
1600 1400 1340 1270 1210
300 360 400 440 500
050 - - - -
885 750 670 525 250
940 - - - -
970 820 730 580 300
- - - - -
1050 900 800 630 300
11500 980 875 670 300
8.3. Calculul grosimii pereţilor corpurilor cilindrice 8.3.1. Calculul tamburilor (mantalelor cilindrice) Grosimea necesară a tablei este :
cp
pDs
a
i +−⋅
=ϕσ2 (cm) (8.2)
unde : Di – diametrul interior al tamburului (cm) ; p – presiunea de lucru (bar) ; σa – efortul unitar admisibil (daN/cm2) ; ϕ – coeficientul de slăbire conform tabelului 8.9 ; c – adaos de coroziune cu valori :
c=0,1 pentru s ≤ 30 mm c=0 pentru s > 30 mm
Presiunea de calcul este presiunea înscrisă pe placa de timbru corectată cu un coeficient de siguranţă (1,1 ÷ 1,3). Relaţia (8.2) este aplicabilă pentru cazurile când sunt îndeplinite condiţiile corespunzătoare mantalelor cu pereţi subţiri :
- raportul s/Di < 0,1 - raportul De/Di < 1,5 - în cazul mantalelor sudate liniile medii trebuie să fie în prelungire una cu
alta pentru fiecare îmbinare longitudinală
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE CAZANE
258
- nu au loc solicitări suplimentare locale datorită racordurilor sau unor sarcini ciclice etc.
- solicitările de natură termică sunt păstrate în limite reduse, ca urmare a respectării grosimilor limită ale pereţilor admişi în drumul gazelor de ardere.
Tabelul 8.9
Coeficienţi de slăbire pentru tamburi Tamburi cu găuri pe generatoare (la pasul s1) ϕ = s1-d/s1 Tamburi cu găuri transversale (la pasul s’) ϕ =2(s’-d)/s’ Gaură cu diametru mare : do ≤ 0,6 Di ϕ =1-do/531Di6
Manuală, cap la cap cu completare la rădăcină
ϕ =0,85
Idem, fără completare la rădăcină
ϕ =0,7
Suduri transversale ϕ =0,8 Sudură T pe ambele părţi prelucrate
ϕ =0,85
Sudură
Suduri T neprelucrate ϕ =0,7
Grosimea minimă a peretelui tamburului, indiferent de rezultatul calcului, nu poate fi mai mică de 6 mm. Temperatura de lucru a pereţilor în acest caz se ia conform indicaţiilor din tabelul 8.10.
Tabelul 8.10 Temperatura tp a pereţilor tamburilor
Felul tamburilor tp Tambur neîncălzit tp=tf Tambur neizolat, cu s ≤ 50 mm, încălzit cu gaze de ardere având tg < 600 0C
tp=tf+1,2 s* +100C
Tambur neizolat, cu s ≤ 30 mm, încălzit cu gaze de ardere având tg = 600-900 0C
tp=tf+2,5 s* +200C
Tambur neizolat, cu s ≤ 22 mm, încălzit cu gaze de ardere având tg > 900 0C
tp=tf+4 s* +300C *) s în mm
Verificări suplimentare. Grosimea tamburului calculată cu relaţia (8.2) se verifică ţinând seama de solicitarea a încovoiere datorită greutăţii proprii, apei, izolaţiei şi a ţevilor suspendate de tambur . Determinarea momentului de încovoiere, se face considerând tamburul ca o grindă simplu rezemată, încărcată cu o sarcină uniform distribuită :
8
2lqM max⋅
= (daN.cm) cu q în daN/cm (8.3)
unde : l este diferenţa între reazime (m) .
8. CALCULUL DE REZISTENŢĂ AL CAZANELOR
259
Modulul de rezistenţă W se calculează pentru secţiunea circulară cea mai slăbită, din cauza orificiilor, luând în considerare deplasarea centrului de greutate faţă de centrul geometric. Pentru o secţiune inelară fără orificii :
)DD(D
W iee
44
32−=
π (cm3) (8.4)
În cazul când Mmax şi Wmin sunt în secţiuni diferite se stabileşte secţiunea cu solicitare maximă după relaţia :
ari
i WM
σσ ≤= (daN/cm2) (8.5)
aar ),,( σσ 9080 −= pentru ţevi tambure încălzite . Pentru a evita solicitări termice defavorabile se ţine seama de racordul de alimentare cu apă al tamburului să fie prevăzut cu o manta interioară de protecţie; de asemenea, prin modul de distribuţie în tambur a apei de alimentare, trebuie să se ferească orificiile şi pereţii de contactul cu acesta. Calculul camerelor de apă şi emulsie este identic cu al tamburelor . Coeficientul de adaos este : c ≥ 1 mm . Grosimea camerei nu poate fi mai mică de 5 mm. Camerele în care se mandrinează ţevi vor avea grosimea minimă a pereţilor de 16 mm . 8.3.2. Calculul ţevilor Ţevile folosite în construcţii suprafeţelor de încălzire a cazanelor şi a conductelor aferente în porţiunile drepte, se calculează cu relaţia :
cp
Dps
a
e ++⋅⋅
⋅=
ϕσ2 (cm) (8.6)
Relaţia este valabilă în cazurile : - s/De ≤ 0,2 pentru ţevi are conţin apă, amestec apă – abur sau abur saturat - s/De ≤ 0,28 pentru ţevi are conţin abur supraîncălzit .
Temperatura de calcul a peretelui se ia : tp=tr + 25 ÷ 500C . Adaosul la grosimea de calcul va fi: c ≥ 0,5 mm . Verificările suplimentare: ţevile supuse la sarcini constante exterioare mari,
provenite din greutatea proprie, a izolaţiei termice, trebuie să fie verificare cu privire la solicitările suplimentare introduse de acestea. Solicitarea dezvoltată de sarcinile exterioare trebuie să satisfacă condiţia :
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE CAZANE
260
a
ararext ,,
σσσσ −≤ 21870 (8.7)
în care : arσ este (0,8 ÷ 0,9) eσ pentru elemente încălzite .
isext , σσσ 80+= (8.8)
unde : o
s SN
=σ şi WM i
i =σ .
În aceste relaţii N şi Mi sunt solicitările în ţeavă, So secţiunea şi W modulul de rezistenţă al ţevii . Conductele cu temperatura mediului interior de cel puţin 3500C trebuie să fie verificare, după necesitate, în raport cu felul construcţiei, la solicitarea de încovoiere datorită efortului termic dat de dilatarea termică. Efortul datorită încovoierii trebuie să satisfacă condiţia :
exta
ararac ,, σ
σσ
σσ 2512112
−
−≤ (8.9)
iar
WM i
ac =σ
Verificarea la efort termic, trebuie făcută în condiţiile extreme ale stării la cald şi la rece ale conductei . Pentru ţevi supuse la presiune exterioară, grosimea minimă a peretelui ţevii (cu diametrul exterior peste 200 mm) se determină cu relaţia (8.6) cu menţiunea că rezistenţa admisibilă este egală cu 0,7 din mărimea adoptată pentru calculul sub presiune interioară . 8.4. Calculul grosimii pereţilor tuburilor de flacără Tuburile de flacără se execută netede sau ondulate şi cu grosimi cuprinse între 7 şi 20 mm . Grosimea peretelui tubului de flacără se calculează cu relaţiile:
- pentru tuburi netede :
20110150 ,)Dl(p
alpD,s
ir
i +
+++=
σ (cm) (8.10)
- pentru tuburi ondulate :
8. CALCULUL DE REZISTENŢĂ AL CAZANELOR
261
20030 ,pD
,sr
i +=σ (cm) (8.11)
în care: Di – diametrul interior al tubului de flacără sau diametrul interior minim la tuburile
ondulate, în cm ; σr – rezistenţa la rupere la 200C, în daN/cm2 ; l – lungimea tubului cuprinsă între două consolidări (fig. 8.1) sau între consolidări şi funduri sau plăci tubulare, în cm ; a – un coeficient egal cu :
- 75 pentru tuburi uzuale fără îmbinare sau cu îmbinare longitudinală, aşezate orizontal ;
- 45 pentru tuburi aşezate vertical .
Înălţimea ondulaţiei la tuburile de flacără trebuie să fie de cel puţin 35 mm iar pasul ondulaţiei nu mai mare de 200 mm . Înălţimea consolidărilor trebuie să fie de cel puţin 35 mm şi să ofere elasticitate suficientă tubului care se dilată mai mult decât mantaua cazanului . În figura 8.1 sunt arătate câteva consolidări folosite la tuburile de flacără netede sau ondulate . Lungimea l între două consolidări nu trebuie să fie mai mare decât 6Di şi cel mult de 5 m .
Fig. 8.1. Consolidări ale tubului de flacără
s
>s
l l
>5s
Di
l l
Di
s
s
Di
r1 r2 r2 90
80
s
l l
b>2s
h>5s
Di
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE CAZANE
262
8.5. Calculul fundurilor şi al capacelor Dimensiunile principale ale fundurilor bombate sunt indicate în figura 8.2 . Normele pentru construcţia acestor funduri prevăd ca : R ≤ Di şi r ≥ 0,1 Di . Grosimea de tablă necesară este dată de relaţia :
cypD
s e +⋅
=σ2 (cm) (8.12)
Adaosul c se ia 0,10 cm la d < 30 mm şi 0 la d > 30 mm . unde d este diametrul găurii (gaură de vizitare sau de inspectare).
Fig. 8.2. Fund bombat. Valoarea coeficientului de forma y este dată în tabelul 8.11, în funcţie de bombajul relativ al fundului şi de prezenţa găurilor neîntărite sau a gurilor de vizitare
cu caracteristica geometrică : sD/d e ⋅ .
Tabelul 8.11
R
s
Di
De
r
h
e
d
8. CALCULUL DE REZISTENŢĂ AL CAZANELOR
263
Coeficienţii de forma y
sD/d e ⋅ 0 0,5 1 2 3 4 5 h/De
y la fund fără găuri y la funduri cu găuri neîntărite sau guri de vizitare 0,18 0,2
3,14 2,9
3,4 2,9
3,4 2,9
3,92 3,7
4,85 4,6
5,75 5,5
6,75 6,5
0,225 0,25
2,4 2,0
2,4 2,0
2,58 2,3
3,42 3,2
4,35 4,1
5,25 5,0
6,2 5,9
0,30 0,40 0,50
1,55 1,15 1,1
1,61 1,27 1,2
2,0 1,7 1,6
2,9 2,5 2,2
3,75 3,32 3,0
4,6 4,05 3,7
5,4 4,75 4,35
Relaţia (8.12) este valabilă în următoarele condiţii: - raportul s/De are valorile: 0,003 ≤ s/De ≤ 0,16 ; - funduri semisferice, în orice condiţii; - funduri eliptice dacă h/De ≥ 0,18; d/De ≤ 0,5 ; - funduri mâner de coş dacă R ≤ De, r ≥ 0,1 De :
r1 ≥ 3 mm ; h ≥ 0,18 De 8.6. Calculul plăcilor tubulare Plăcile tubulare se consolidează în porţiunea rămasă în afara fascicolului de ţevi, cu mijloace adecvate, ori de câte ori valoarea presiunii de lucru a cazanului impune aceasta . În porţiunea în care se fixează fascicolului de ţevi în placa tubulară pot avea loc două cazuri :
a. Placa tubulară se consolidează prin ancore speciale sau mai multe, prin ţevi – ancore, filetate, grosimea peretelui calculându-se cu relaţia :
arc
Pdksσ
⋅= (cm) (8.13)
în care: dc – diametrul cercului cel mai mare care se poate înscrie în spaţiul liber dintre locurile ancorate ; k – este un coeficient egal cu 0,34 ÷ 0,5 . Ţevile se madrinează, iar pentru placa tubulară grosimea minimă va fi
s = 0,5 + 0,125 dc (cm), unde dc este diametrul orificiului. Distanţa dintre ancore se alege de cel mult 200 mm .
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE CAZANE
264
b. Placa tubulară nu se consolidează în mod special, în acest caz se verifică rezistenţa îmbinării prin mandrinare a ţevilor în ceea ce priveşte smulgerea din orificiu, determinându-se valoarea încărcării specifice q (daN/cm) pe unitatea de lungime a circumferinţei ţevii cu relaţia :
cdApq
⋅⋅
=π (daN/cm) (8.14)
în care: A este suprafaţa plăcii tubulare dintre patru ţevi (figura 8.2 suprafaţa haşurată).
Fig. 8.3. Aşezarea ţevilor în placa tubulară
4
2cdhtA π
−⋅= (cm2)
de – diametrul exterior al ţevii (cm) ; do – diametrul orificiului (do = de + 0,1), (cm) p – presiunea în daN/cm2 . Încărcarea q trebuie să corespundă valorilor : q ≤ 4 pentru ţevi mandrinate în orificii netede sau în canale inelare ; q ≤ 5 pentru ţevi mandrinate şi cu unul din capete răsfrânt ;
q ≤ 7 pentru ţevi mandrinate şi cu ambele capete răsfrânte . Pentru ţevile sudate în placa tubulară, îmbinarea trebuie să corespundă condiţiilor :
)dd(,hd ie22
4251 −≥⋅⋅
ππ din care se deduce valoarea lui h .
Plăcile tubulare, supuse la încovoiere în interiorul porţiunii haşurate, se verifică cu relaţia :
h
t
de/di
M
N P
R
Q
8. CALCULUL DE REZISTENŢĂ AL CAZANELOR
265
54701360
2 ,es
ed
,
P r
ei
σσ ≤
−
= (daN/cm2) (8.15)
în care : 2ECAEe +
= (mm)
În calculul suprafeţelor marginale ale plăcilor tubulare se poate considera că sarcina este preluată până la 1/2 din valoarea sa direct de către peretele cazanului aflat în vecinătate .
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
266
ANEXA 1
ECHIVALENTA INTRE UNITATILE DE MASURA DIN
SISTEMELE SI si MkgS
Sistemul de unitati Nr.
crt. Denumirea
SI MkgS Relatii de conversie
1 Masa kg kgf ⋅ s2/m -
2 Densitate kg/m3 kgf ⋅ s
2/m
4 -
3 Forta N kgf 1N ≅ 0,102 kgf; 1 kgf ≅ 9,81 N
4 Presiune N/m
2 (Pa);
bar
kgf/cm2; at;
kgf/m2
1 N/m2 = 10
-5 bar = 0,102 kgf/m
2 = 7,5⋅10
-3 torr;
1 bar = 105 N/m
2 = 750 torr;
1 kgf/m2 = 1 mm H2O;
at = 1 kgf/cm2 = 735,6 torr.
5 Energie J; kWh kgf ⋅ m; kcal;
BTU
1 J = 0,102 kgf⋅m = 1/4185,5 kcal;
1 kWh = 3,6⋅106 J;
1 BTU = 0,252 kcal = 1,055 kJ;
1 kcal = 4,185 kJ = 3,968 BTU.
6 Putere W = J/s;
kW
kgf⋅m/s;
kcal/h; CP;
BTU/h
1 W ≅ 0,102 kgf⋅m/s = 1,36⋅10-3
CP;
1 kW = 103 W = 860 kcal/h;
1 kcal/h = 1,163 W = 3,968 BTU/h;
1CP = 0,735 kW.
7 Calduri specifice J/kg⋅K kcal/kgf⋅oC 1 kcal/kgf⋅
oC = 4,1855 kJ/kg⋅K
8 Conductivitate
termica W/m⋅K kcal/m⋅h⋅
oC 1 kcal/m⋅h⋅
oC = 1,163 W/mK
9
Coeficient de
schimb superficial
prin convectie W/m
2⋅K kcal/m
2⋅h⋅
oC 1 kcal/m⋅h⋅
oC = 1,163 W/mK
10 Vascozitate
cinematica m
2/s m
2/s -
11 Vascozitate
dinamica N⋅s/m
2 kgf⋅s/m
2 1 kgf⋅s/m
2 = 9,81 N⋅s/m
2
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
267
ANEXA 2
35235,(7��,/(�),=,&( ALE AERULUI, LA p = 0,981 bar
t
[oC]
ρ
[kg/m3]
cp
[kJ/Nm3
K]
λ· 102
[W/m
K]
a· 106
[m2/s]
η· 106
[Ns/m2]
ν· 106
[m2/s]
Pr
1 2 3 4 5 6 7 8
-50
-20
1,532
1,350
1,2963
1,2969
2,00
2,28
13,1
16,8
14,538
16,157
9,490
11,97
0,71
0,71
0
10
20
30
40
50
1,251
1,207
1,166
1,127
1,091
1,057
1,2971
1,2971
1,2971
1,2971
1,2971
1,2971
2,438
2,51
2,58
2,65
2,72
2,79
19,2
20,7
22,0
23,4
24,8
26,2
17,197
17,697
18,198
18,688
19,169
19,640
13,75
14,66
15,61
16,58
17,57
18,58
0,71
0,71
0,71
0,71
0,71
0,71
60
70
80
90
100
1,026
0,996
0,967
0,941
0,916
1,3044
1,3044
1,3044
1,3044
1,3059
2,86
2,92
2,99
3,06
3,12
27,6
29,2
30,6
32,2
33,6
20,111
20,572
21,023
21,474
21,906
19,60
20,65
21,74
22,82
23,91
0,71
0,71
0,71
0,71
0,71
120
140
160
180
200
0,869
0,827
0,789
0,754
0,7220
1,3096
1,3147
1,3147
1,3199
1,3239
3,25
3,37
3,49
3,62
3,74
37,0
40,0
43,3
47,0
49,7
22,779
23,622
24,446
25,251
26,016
26,21
28,66
31,01
33,49
35,03
0,71
0,71
0,71
0,71
0,71
250
300
350
400
500
0,6530
0,5960
0,5482
0,5075
0,4418
1,3367
1,3502
1,3639
1,3808
1,4118
4,06
4,37
4,64
4,91
5,45
60,0
68,9
80,0
89,4
113,2
27,919
29,724
31,431
33,099
36,160
42,75
49,87
57,33
65,22
81,85
0,71
0,71
0,72
0,72
0,72
600
700
800
900
1000
0,3912
0,3510
0,3183
0,2916
0,2683
1,4411
1,4679
1,4918
1,5127
1,5311
5,98
6,47
7,00
7,40
7,84
133,6
162,0
182
216
240
39,063
41,751
44,301
46,696
49,011
99,83
118,95
139,18
160,14
182,67
0,73
0,73
0,73
0,74
0,74
1100
1200
0,2487
0,2319
1,5470
1,5617
8,26
8,66
277
301
51,218
53,376
205,94
230,17
0,74
0,74
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
268
ANEXA 3
PROPRIE7��,/(�7(502',1$0,&(�$/(�$3(,�ù,�$/(�$%858/8,�Ì1�67$5(�'(�6$785$�,(��Ì1�)81&�,(�'(�7(03(5$785�
t
[oC]
T
[K]
p
[bar]
v’
[m3/kg]
v”
[m3/kg]
ρ”
[kg/m3]
i’
[kJ/kg]
i”
[kJ/kg]
r
[kJ/kg]
1 2 3 4 5 6 7 8 9
99 372,15 0,9775 0,0010427 1,730 0,5780 414,9 2674 2259
100
101
102
103
104
373,15
374,15
375,15
376,15
377,15
1,0132
1,0499
1,0876
1,1265
1,1666
0,0010435
0,0010443
0,0010450
0,0010458
0,0010466
1,673
1,618
1,566
1,515
1,466
0,5977
0,6181
06386
0,6601
0,6821
419,1
423,3
427,5
431,7
436,0
2676
2677
2679
2680
2681
2257
2254
2251
2248
2245
105
106
107
108
109
378,15
379,15
380,15
381,15
382,15
1,2079
1,2504
1,2941
1,3390
1,3852
0,0010474
0,0010482
0,0010490
0,0010498
0,0010507
1,419
1,374
1,331
1,289
1,249
0,7047
0,7278
0,7513
0,7758
0,8006
440,2
444,4
448,6
452,9
457,1
2683
2685
2687
2688
2689
2243
2241
2238
2235
2232
110
112
114
116
118
383,15
385,15
387,15
389,15
391,15
1,4326
1,5316
1,6361
1,7464
1,8628
0,0010515
0,0010532
0,0010549
0,0010567
0,0010585
1,210
1,137
1,069
1,005
0,9465
0,8264
0,8795
0,9354
0,9950
1,056
461,3
469,8
478,2
486,7
495,2
2691
2694
2697
2700
2703
2230
2224
2219
2213
2208
120
122
124
126
128
393,15
395,15
397,15
399,15
401,15
1,9854
2,1144
2,2502
2,3932
2,5434
0,0010603
0,0010621
0,0010640
0,0010638
0,0010677
0,8917
0,8407
0,7930
0,7486
0,7074
1,121
1,189
1,261
1,336
1,414
503,7
512,2
520,8
529,2
537,7
2706
2709
2712
2715
2718
2202
2197
2191
2186
2180
130
132
134
136
138
403,15
405,15
407,15
409,15
411,15
2,7011
2,8668
3,041
3,222
3,414
0,0010697
0,0010717
0,0010737
0,0010757
0,0010777
0,6683
0,6321
0,5981
0,5664
0,5366
1,496
1,582
1,672
1,765
1,864
546,3
554,8
563,2
571,8
580,4
2721
2723
2725
2728
2731
2174
2168
2162
2156
2151
140
142
144
146
148
413,15
415,15
417,15
419,15
421,15
3,614
3,823
4,042
4,271
4,510
0,0010798
0,0010819
0,0010840
0,0010862
0,0010884
0,5087
0,4824
0,4379
0,4347
0,4130
1,966
2,073
2,184
2,300
2,421
589,0
597,6
606,2
614,8
623,4
2734
2737
2739
2742
2744
2145
2139
2133
2127
2121
150
152
154
156
158
423,15
425,15
427,15
429,15
431,15
4,760
5,020
5,293
5,576
5,872
0,0010906
0,0010928
0,0010950
0,0010974
0,0010998
0,3926
0,3733
0,3552
0,3381
0,3220
2,547
2,679
2,815
2,958
3,106
632,2
641,0
649,6
658,2
666,9
2746
2749
2752
2754
2756
2114
2108
2102
2096
2089
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
269
t
[oC]
T
[K]
p
[bar]
v’
[m3/kg]
v”
[m3/kg]
ρ”
[kg/m3]
i’
[kJ/kg]
i”
[kJ/kg]
r
[kJ/kg]
1 2 3 4 5 6 7 8 9
160
162
164
166
168
433,15
435,15
437,15
439,15
441,15
6,180
6,502
6,836
7,183
7,545
0,0011021
0,0011044
0,0011069
0,0011094
0,0011119
0,3068
0,2925
0,2790
0,2662
0,2541
3,238
3,419
3,584
3,757
3,935
675,5
684,2
692,9
701,7
710,5
2758
2760
2762
2764
2767
2082
2076
2069
2062
2056
170
172
174
176
178
443,15
445,15
447,15
449,15
451,15
7,920
8,311
8,716
9,137
9,574
0,0011144
0,0011169
0,0011195
0,0011221
0,0011218
0,2426
0,2318
0,2215
0,2118
0,2026
4,122
4,314
4,515
4,721
4,936
719,2
727,9
736,7
745,5
754,3
2769
2771
2773
2774
2776
2050
2043
2036
2029
2022
180
185
190
195
200
453,15
458,15
463,15
468,15
473,15
10,027
11,234
12,553
13,989
15,551
0,0011275
0,0011344
0,0011415
0,0011489
0,0011566
0,1939
0,1739
0,1564
0,1409
0,1272
5,157
5,750
6,394
7,097
7,662
763,1
785,2
807,5
829,9
852,4
2778
2782
2786
2790
2793
2015
1997
1979
1960
1941
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
270
ANEXA 4
PROPR,(7��,/(�7(502',1$0,&(�$/(�$3(,�ù,�$/(�$%858/8,�Ì1�67$5(�'(�6$785$�,(�Ì1�)81&�,(�'(�35(6,81(
p
[bar]
t
[oC]
v’
[m3/kg]
v”
[m3/kg]
ρ”
[kg/m3]
i’
[kJ/kg]
i”
[kJ/kg]
r
[kJ/kg]
1 2 3 4 5 6 7 8
1,00
1,1
1,2
1,3
1,4
99,01
102,32
104,81
107,14
109,23
0,0010432
0,0010452
0,0019472
0,0010492
0,0010510
1,694
1,550
1,429
1,325
1,230
0,5903
0,6453
0,0999
0,7545
0,8098
417,4
428,9
432,4
449,2
458,5
2675
2679
2683
2687
2690
2258
2499
2244
2238
2232
1,5
1,6
1,7
1,8
1,9
111,38
113,32
115,47
116,94
118,62
0,0010527
0,0010543
0,0010559
0,0010575
0,0010590
1,159
1,091
1,031
0,9772
0,9290
0,8627
0,9164
0,9699
1,223
1,076
467,2
475,4
483,2
490,7
497,9
2693
2696
2699
2702
2704
2226
2221
2216
2211
2206
2,0
2,2
2,4
2,6
2,8
120,23
123,27
128,09
128,73
131,20
0,0010605
0,0010633
0,0010659
0,0010685
0,0010709
0,8834
0,8098
0,7465
0,6925
0,6461
1,129
1,235
1,340
1,444
1,548
504,8
517,8
529,8
540,9
551,4
2707
2711
2715
2719
2722
2202
2193
2185
2178
2171
3,0
3,2
3,4
3,6
3,8
133,34
135,35
137,86
139,87
141,79
0,0010723
0,0010784
0,0010776
0,0010797
0,0010817
0,6057
0,5701
0,5386
0,5404
0,4852
1,651
1,754
1,867
1,959
2,001
561,4
571,1
580,2
588,7
596,8
2720
2728
2731
2734
2736
2164
2157
2151
2145
2139
4,0
4,2
4,4
143,62
143,39
147,09
0,0010836
0,0010855
0,0010874
0,4624
0,4416
0,4227
2,163
2,264
2,366
601,7
612,3
619,8
2738
2741
2743
2133
2129
2123
4,6
4,8
5,0
5,4
5,8
6,2
6,6
148,73
150,31
151,84
154,76
157,52
166,12
162,59
0,0010892
0,0010910
0,0010927
0,0010960
0,0010992
0,0011022
0,0011052
0,4054
0,3895
0,3747
0,3485
0,3258
0,3060
0,2885
2,467
2,568
2,669
2,869
3,069
3,268
3,467
626,9
633,7
640,1
652,7
664,7
670,0
686,9
2745
2747
2749
2752
2755
2758
2761
2118
2113
2109
2009
2090
2082
2074
7,0
7,4
7,8
8,2
8,6
164,96
167,21
169,37
171,44
173,43
0,0011081
0,0011109
0,0011136
0,0011162
0,0011187
0,2728
0,2588
0,2462
0,2347
0,2243
3,666
3,864
4,062
4,250
4,458
697,2
707,1
715,4
725,4
734,2
2764
2766
2768
2770
2772
2067
2059
2052
2045
2038
9,0
9,4
9,8
10,0
175,35
177,21
179,01
179,88
0,0011213
0,0011237
0,0011261
0,0011273
0,2149
0,2061
0,1982
0,1940
4,654
4,852
5,045
5,139
742,8
750,9
758,8
762,7
2774
2776
2778
2778
2031
2025
2019
1015
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
271
ANEXA 5
35235,(7��,/(�),=,&(�$/(�$3(,��3(�&85%$�'(�6$785$�,(
t
[oC]
ρ
[kg/m3]
β · 10 4
[grd]-1
i’
[kJ/kg] λ
[W/m· K
]
a · 10 4
[m2/h]
η · 10 4
[Ns/m2]
ν · 10 6
[m2/s]
Pr
1 2 3 4 5 6 7 8 9
0
10
20
30
40
50
999,8
999,6
998,2
995,6
992,2
988,0
-0,7
0,95
2,1
3,0
3,9
4,6
0
12,03749
83,90788
25,69374
67,52187
209,30813
0,5513
0,5745
0,5989
0,6176
0,6338
0,6478
4,71
4,94
5,16
5,35
5,51
5,66
1788,363
1305,711
1004,544
801,477
653,346
549,360
1,790
1,300
1,000
0,805
0,659
0,556
13,7
9,5
7,0
5,4
4,3
3,55
60
70
80
90
100
983,2
977,7
971,8
965,3
958,3
5,3
5,8
6,3
7,0
7,5
251,13626
293,00626
334,96000
376,99748
419,11870
0,6594
0,6676
0,6745
0,6804
0,6827
5,79
5,89
5,97
6,03
6,08
469,899
406,134
355,122
314,901
282,528
0,479
0,415
0,366
0,326
0,295
3,00
2,55
2,25
1,95
1,75
110
120
130
140
150
951,0
943,1
934,8
926,1
916,9
8,0
8,5
9,1
9,7
10,3
461,36553
503,6961
546,4035
589,1109
832,2370
0,6850
0,6862
0,6862
0,6850
0,6838
6,12
6,15
6,18
6,20
6,21
258,984
277,592
217,782
201,105
186,390
0,268
0,244
0,226
0,212
0,202
1,57
1,43
1,32
1,23
1,17
160
170
180
190
200
907,4
397,3
886,9
876,0
864,7
10,8
11,5
12,1
12,8
13,5
657,3631
719,3266
763,2901
807,6723
852,4732
0,6827
0,6792
0,6745
0,6699
0,6629
6,21
6,20
6,19
6,16
6,11
173,637
162,846
153,036
144,207
136,359
0,191
0,181
0,173
0,166
0,160
1,10
1,05
1,01
0,97
0,95
210
220
230
240
250
852,8
840,3
827,3
813,6
799,2
14,3
15,2
16,2
17,2
18,6
897,6928
943,7498
989,8068
1037,5386
1085,6891
0,6548
0,6455
0,6373
0,6280
0,6176
6,06
6,00
5,92
5,84
5,74
130,473
124,587
119,582
114,777
109,872
0,154
0,149
0,145
0,141
0,137
0,92
0,90
0,88
0,86
0,86
260
270
280
290
300
784,0
767,9
750,7
732,3
712,5
20,0
21,7
23,8
26,5
29,5
1135,7957
1185,8897
1236,8398
1290,8147
1344,8644
0,6048
0,5896
0,5745
0,5582
0,5396
5,62
6,18
6,30
5,05
4,75
105,943
102,024
98,100
94,176
91,233
0,135
0,133
0,131
0,129
0,128
0,86
0,87
0,89
092
098
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
272
ANEXA 6
35235,(7��,/(�),=,&(�$/(�*$=(/25�'(�$5'(5(�/$�35(6,81($�'(���������EDU
�&RPSR]L LD�JD]HORU�� 76,0r;11,0r;13,0r222 NOHCO
=== )
t
[oC]
ρ
[kg/m3]
cp
[kJ/Nm3
K]
λ· 10 2
[W/m]
a · 10 2
[m2 /h]
η· 10 2
[N s/m2]
ν· 10 6
[m2/s]
Pr
1 2 3 4 5 6 7 8
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
1100
1200
0,295
0,950
0,748
0,617
0,525
0,457
0,405
0,363
0,329
0,301
0,275
0,257
0,240
1,0425
1,0676
1,0969
1,1221
1,5114
1,1849
1,2142
1,2393
1,2644
1,2895
1,3063
1,3230
1,3398
2,2794
3,1284
4,0123
4,8380
5,6987
6,5593
7,4199
8,2689
9,1528
10,0134
10,8973
11,7463
12,6185
6,08
11,10
17,60
25,16
35,04
43,61
54,32
66,17
79,09
92,87
109,21
124,37
141,27
15,7842
20,3943
24,1955
28,2331
31,6863
43,8549
37,8666
40,6918
43,3798
45,9108
48,3633
50,7078
52,9936
12,20
21,54
32,80
45,81
60,38
76,30
93,61
112,1
131,8
152,8
174,3
197,1
221,0
0,72
0,69
0,67
0,65
0,64
0,63
0,62
0,61
0,60
0,59
0,58
0,57
0,56
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
273
ANEXA 7
&�/'85,/(�63(&,),&(�$/(�8125�*$=(�>N-�1P3· K]
pc [kJ/Nm3
· K] t
[oC]
CO2 N2 O2 H2O Aer usc.
Aer um.
1 2 3 4 5 6 7
0
100
200
300
400
1,5998
1,7003
1,7873
1,8627
1,9297
1,2946
1,2958
1,2996
1,3067
1,3163
1,3059
1,3176
1,3352
1,3561
1,3775
1,4943
1,5051
1,5223
1,5424
1,5654
1,2971
1,3004
1,3071
1,3172
1,3235
1,3188
1,3243
1,3318
1,3423
1,3544
500
600
700
800
900
1,9887
2,0411
2,0884
2,1311
2,1692
1,3276
1,3435
1,3536
1,3670
1,3720
1,3980
1,4168
1,4344
1,4499
1,4637
1,5897
1,6148
1,6412
1,6680
1,6954
1,3427
1,3565
1,3708
1,3842
1,3975
1,3652
1,3829
1,3975
1,4114
1,4248
1000
1100
1200
1300
1400
2,2035
2,2349
2,2638
2,2898
2,3136
1,3917
1,4034
1,4143
1,4252
1,4348
1,4775
1,4892
1,5005
1,5106
1,5203
1,7229
1,7501
1,7769
1,8028
1,8280
1,4097
1,4214
1,4327
1,4432
1,4528
1,4373
1,4499
1,4612
1,4725
1,4830
1500
1600
1700
1800
1900
2,3354
2,3555
2,3743
2,3915
2,4074
1,4440
1,4528
1,4612
1,4687
1,4788
1,5294
1,5378
1,5462
1,5541
15617
1,8527
1,8761
1,8895
1,9213
1,9423
1,4620
1,4708
1,4788
1,4867
1,4938
1,4926
1,5018
1,5102
1,5177
1,5257
2000
2100
2200
2300
2400
2500
2,4221
2,4359
2,4484
2,4602
2,4700
2,4811
1,4825
1,4892
1,4951
15010
1,5064
1,8114
1,5892
1,5759
1,5830
1,5897
1,5964
1,6027
1,9628
1,9824
2,0009
2,0189
2,0365
2,0628
1,5010
1,5072
1,5135
1,5194
1,6252
1,5303
1,5128
1,5399
1,5462
1,5526
1,5583
1,5638
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
274
ANEXA 8
ENTALPIA GAZELOR PRODUSE ALE ARDERII [kJ/ Nm3]
t
[oC]
CO2 N2 O2 H2O Aer usc.
Aer um.
1 2 3 4 5 6 7
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
1100
1200
1300
1400
1500
1600
1700
1800
1900
2000
2100
2200
2300
2400
2500
0
171,27
395,12
561,15
774,80
798,05
1229,28
1467,27
1711,04
1959,21
2212,50
2469,17
2728,80
2989,87
3253,88
3519,60
3787,04
4056,54
4327,56
4598,95
4872,00
5146,26
5420,80
5698,02
5969,76
6251,00
0
129,59
260,02
391,80
526,24
663,65
804,00
947,31
1092,96
1240,92
1391,80
1544,29
1697,76
1852,24
2009,98
2166,75
2324,64
2484,04
2643,84
2804,97
2966,00
3127,53
3291,20
3452,30
3614,40
3778,75
0
131,73
267,06
406,86
551,00
698,80
850,14
1003,80
1159,92
1317,78
1477,10
1637,79
1800,24
1963,26
2127,72
2293,50
2459,84
2627,86
2796,66
2966,47
3136,80
3308,55
3461,72
3654,47
3830,40
4005,75
0
150,52
304,30
462,60
626,00
794,45
968,40
1148,56
1334,40
1525,68
1722,40
1924,56
2131,68
2343,12
2559,06
2778,30
3001,60
3228,30
3458,16
9690,18
3924,40
4162,83
4401,54
4842,09
4886,16
5130,50
0
130,00
261,42
395,18
531,58
671,15
813,90
959,56
1107,28
1257,39
1408,30
1563,50
1718,76
1876,16
2034,48
2193,60
2353,92
2514,64
2678,08
2838,98
3001,80
3165,96
3329,70
3495,54
3660,48
3826,50
0
132,39
268,28
402,57
541,60
683,90
829,50
977,97
1128,72
1281,87
1436,90
1594,34
1752,84
1913,60
2075,50
2238,15
2402,08
2566,49
2730,95
2897,88
3064,60
3232,74
3400,54
3569,60
3738,72
3908,25
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
275
ANEXA 9
VALORILE CONSTANTELOR FIZICE
$/(�*$=(/25�'(�$5'(5(�ù,�$/(�$(58/8,
Gaze de ardere Aer
ν· 106 λ· 10
2 Pr ν· 106 λ· 10
2 Pr
t
[oC]
[m2/s] [W/m· K] - [m
2/s] [W/m· K] -
1 2 3 4 5 6 7
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
1100
1200
1300
1400
1500
1600
12,2
21,5
32,8
45,8
60,4
76,3
93,6
112
132
152
174
197
221
245
272
297
323
2,28
3,13
4,01
4,85
5,70
6,55
7,42
8,27
9,16
10,02
10,9
11,75
12,55
13,5
14,42
15,33
16,3
0,72
0,69
0,67
0,66
0,64
0,63
0,62
0,61
0,60
0,59
0,58
0,57
0,56
0,55
0,54
0,53
0,52
13,3
23,0
34,8
48,2
63,0
79,3
96,8
116
135
155
178
199
223
248
273
300
328
2,43
3,12
3,74
4,37
4,91
5,45
5,98
6,47
7,00
7,40
7,84
8,26
8,66
9,45
9,98
10,39
10,8
0,71
0,71
0,71
0,71
1U��F
UW�&R
QGLWLL�
IL]LFH
�GH�SU
RFHV
/XQJ
LPHD
�FD
UDFWH�
�����
ULVWLFD
(FXD
WLD�FU
LWHULD
OD'R
PHQLX
�GH�YD
ODELOLWD
WH2E
VHUYD
WLL
�6X
SUDIDW
D�RUL]RQ
WDOD�F
LOLQGUL
FDG
G���GL
DPHWU
XO�H[
WHULRU
�DO�
FLOLQG
UXOXL
�&R
QGXF
WH�FX
�DULSLR
DUH�GH
�JUR
VLPH�F
RQVWD
QWDG��
�KK��
�LQDOW
LPHD
�DUL
SLDRD
UHL����
��������
E���GL
VWDQWD
�OLEHUD
�GLQ
WUH�DU
LSLRDUH
�3OD
FL�SODQ
H�SDUD
OHOHV
V���GL
VWDQWD
�GLQWU
H�SOD
FL
II.
Co
nv
ec
tia
lib
era
in
sp
ati
i li
mit
ate
AN
EX
A 1
0
EC
UA
TII C
RIT
ER
IAL
E P
EN
TR
U D
ET
ER
MIN
AR
EA
CO
EF
ICIE
NT
UL
UI D
E C
ON
VE
CT
IE
Ec
ua
tii
cri
teri
ale
la
co
nv
ec
tia
fa
ra s
ch
imb
are
a s
tari
i d
e a
gre
ga
re
I. C
on
ve
cti
a l
ibe
ra i
n s
pa
tii
ne
lim
ita
te
[]
()41
916
169
2
61
Pr
40
,0
Pr
559
,0
1(P
r)
(Pr)
.P
r387
,0
60
,0
⋅⋅
=
+
=
⋅⋅
+=
−
Gr
Nu
sau
f
fG
rN
u
95
10
G
r.P
r
1
0<
<
51
0
Gr.
Pr
<
aer
pen
tru
-
Pr
24
,0
31
⋅⋅
⋅=
dbG
rN
u7
31
0
Gr.
Pr
10
<<
()
()
35
,041
Pr
09
2,
0
Pr
20
8,
0
⋅⋅
=
⋅⋅
=
Gr
Nu
Gr
Nu
4
4
10
2,2
G
r.P
r
10
2,2
G
r.P
r
1708
708
1 G
r.P
r
⋅>
⋅<
<<1
=N
u
1U��F
UW�&R
QGLWLL�
IL]LFH
�GH�SU
RFHV
/XQJ
LPHD
�FD
UDFWH�
��������
���ULV
WLFD(F
XDWLD
�FULWH
ULDOD
'RPH
QLX�GH
�YDODE
LOLWDWH
2EVH
UYDWLL
�&X
UJHUHD
�IOXLGH
ORU�LQ
�OXQJ
XO�VX
SUDIHW
HORU�S
ODQH
//��
�OXQJ
LPHD
�SOD
FLL�LQ�
GLUHF
WLD�
FXUJH
ULL
�&X
UJHUHD
�IOXLGH
ORU�SU
LQ�FR
QGXF
WHd
i
sau
de
ch
di -
dia
me
tru
l
inte
rior
al
conducte
i
circula
re
de
ch���G
LDPHWU
XO�HF
KLYDOH
QW�KLG
UDXOLF�
��������
��������
�����
/���OX
QJLP
HD�
FRQG
XFWHL
$1(;
$�����
�FRQWL
QXDUH
III.
Co
nv
ec
tia
fo
rta
ta
25
,0
22
32
1,0
8,031
21
PrPr
1P
rR
e443
,2
1
Pr
Re
037
,0
Pr
Re
664
,0
⋅
+=
−⋅
⋅+
⋅⋅
=
⋅⋅
=
−
p
turb
lam
turb
lam
Nu
Nu
Nu
Nu
Nu
7
75
5 10
Re
10
10
Re
10
5
10
5
Re
<<
<<
⋅
⋅<
[]
()
()
11
,0
2
32
32
11
,0
3
21
3
31
3
11
,0
313
3
PrPr
;64
,1R
elo
g82
,1
1
1P
r8
2,12
1
Pr
1000
Re
8
PrPr
; P
rR
e ;
Pr
Re
Pr
22
1
27,
0615
,137
,49
PrPr
7,0
Pr
Re
615
,137
,49
=−
⋅=
⋅
+
⋅
−⋅
⋅+
⋅−
⋅=
=
⋅⋅
=⋅
⋅=
⋅
⋅
⋅+
+−
⋅+
=
⋅
−
⋅⋅
⋅+
=
−
p
i
p
ii
p
i
LdN
u
CLd
BLd
A
CB
AN
u
LdN
u
ζξ
ζξ
ξ
R
e
10
3
1Ld
0,1
10
3
Re
300
2
300
2
Re
4
i
4
<⋅
<<
⋅<
<
<
1U��FUW�
&RQGLWLL�
IL]LFH�GH
�SURFHV
/XQJLPHD�
FDUDF
WH������������
ULVWLFD
(FXDWLD�FULWHULDOD
'RPH
QLX�GH
�YDODE
LOLWDWH
2EVHUYD
WLL
�&X
UJHUHD
�IOXLGH
ORU�SU
LQ�FRQGXFWH�
LQ�VSLUDOD
di
VDX��������������
de
ch
�' 'F
�>����
�K����
��'F�A
�@��
'V /�Q�[��
������������
/�����OXQJLP
HD�
WHYLL���
���������������������
K���SD
VXO�GLQWUH�
VSLUH��������������������������������������
Q���QX
PDUXO�GH
�VSLUH�������������������������������������
'V���G
LDPHWU
XO�PH
GLX�DO�VS
LUHORU���������������������������
'F���G
LDPHWU
XO�PH
GLX�DO�
FLOLQGUXOXL��������������������
'���GLDP
HWUXO�GH�
FDOFX
O�����������
' ≠'V
�QXPD
L�SHQ
WUX�
�K��P
DUH
�&X
UJHUHD
�IOXLGH
ORU�WUD
QVYHUVD
O�SH�
XQ�UD
QG�GH
�WHYL
de -
dia
me
tru
l
exte
rior
al
conducte
i
s1���S
DVXO�GLQ
WUH�
WHYL����������������������
D� �V�
�d e
* la g
aze s
e
inlo
cuie
ste
(Pr/
Prp
)^0,2
5 c
u
(Tm
g/T
p)^
0,1
2
$1(;
$�����
�FRQWLQXDUH
Pr
p
cr
turb
crla
mtr
an
z
p
i
turb
p
i
mi
lam
Nu
Nu
Nu
Dd
Nu
Ddm
DdN
u
Re
10
2,2
Re
10
2,2
Re
)1(
Re
PrPr
;03
,0
Re3164
,0
1P
r8
7,12
1
Pr
Re
8
PrPr
;2903
,0
5,0
Pr
Re
8,0
108
,0
66
,3
4
4
max
14
,0
21
25
,0
32
14
,0
19
4,
0
319,
0
−⋅
−⋅
=
⋅⋅
−+
⋅⋅
=
=
⋅+
=
⋅
−⋅
⋅+
⋅⋅
=
=
⋅+
=
⋅
⋅
⋅
⋅+
⋅+
=
η
ηη
ζξ
ζξ
ξ
χ
χ
4
max
max
cr
4
45
,0
10
2,2
Re
Re
R
eR
e
10
2,2
Re
6,8
1
2300
Re
Re
Re
⋅=
<<
⋅>
⋅+
=
⋅=<
Dd
i
cr
cr
β
β
2
ed
l⋅
=π
a
lw
⋅−
=
⋅⋅=
41
Re
πψ
υψ
36
10
Pr
6,0
10
R
e0
1
<<
<<
−⋅
⋅+
⋅⋅
=
⋅⋅
=
⋅
++
=
−1
Pr
Re
443
,2
1
Pr
Re
037
,0
Pr
Re
644
,0
PrPr
3,0
32
1,0
8,0
3
25
,0
22
tl
p
tl
Nu
Nu
Nu
Nu
Nu
1U��FUW�
&RQGLWLL�
IL]LFH�GH
�SURFHV
/XQJLPHD�
FDUDF
WH������������
ULVWLFD
(FXDWLD�FULWHULDOD
'RPH
QLX�GH
�YDODE
LOLWDWH
2EVHUYD
WLL
�&X
UJHUHD
�IOXLGH
ORU�WUD
QVYHUVD
O�SH�
XQ�IDVFLFX
O�GH�WHYL���������������������������
��DVH]DUH
��FRULGRU���
���
* d
e -
dia
me
tru
l
exte
rior
al
conducte
i
* s1���S
DVXO�
WUDQVYHUVD
O��������������������������
���V����S
DVXO�
ORQJLWXGLQD
O����������������������
���D�
�V��d e
* b =
s2/d
e
*
n -
nu
ma
rul d
e
randuri
*
la g
aze s
e
inlo
cuie
ste
(Pr/
Prp
)^0,2
5 c
u
(Tm
g/T
p)^
0,1
2
$1(;
$�����
�FRQWLQXDUH
2
ed
l⋅
=π
61
0
Re
01
<<
fluid
ra
cire
pt.
0,1
1
m
fluid
in
c.
pt.
0,2
5m
1b
pt.
4
1
1b
pt.
4
1
Re ==
<⋅
⋅−
=
≥⋅
−=
⋅⋅=
baa
lw
πψ
πψ
υψ
()
rel.7
co
nform
tev
i,de
rand
sing
ur
un
pen
tru
7,0
3,0
7,0
1
PrPr
11
1
25,
1
1
Nu
Nu
abab
Nu
n
nN
u
m
p
=
+
−⋅
−=
⋅
⋅⋅
−+
=
ψω
ω
�&X
UJHUHD
�IOXLGH
ORU�WUD
QVYHUVD
O�SH�
XQ�UD
QG�GH
�WHYL��
������������������������
����DVH]DUH
��HVLF
KHU���
���
* d
e -
dia
me
tru
l
exte
rior
al
conducte
i
* s1���S
DVXO�
WUDQVYHUVD
O��������������������������
���V����S
DVXO�
ORQJLWXGLQD
O����������������������
���D�
�V��d e
* b =
s2/d
e
*
n -
nu
ma
rul d
e
randuri
*
l a g
aze s
e
inlo
cuie
ste
(Pr/
Prp
)^0,2
5 c
u
(Tm
g/T
p)^
0,1
2
1U��FUW�
&RQGLWLL�
IL]LFH�GH
�SURFHV
/XQJLPHD�
FDUDF
WH������������
ULVWLFD
(FXDWLD�FULWHULDOD
'RPH
QLX�GH
�YDODE
LOLWDWH
2EVHUYD
WLL
��6X
SUDSXQHUHD
�SURFHVHOR
U�GH�
FRQYHFWLH�OLE
HUD�VL�
IRUWDWD
$1(;
$�����
�FRQWLQXDUH
IV.
Co
nv
ec
tia
fo
rta
ta i
ns
oti
ta d
e c
on
ve
cti
a l
ibe
ra
2
ed
l⋅
=π
fluid
ra
cire
pt.
0,1
1
m
fluid
in
c.
pt.
0,2
5m
1b
pt.
4
1
1b
pt.
4
1
Re ==
<⋅
⋅−
=
≥⋅
−=
⋅⋅=
baa
lw
πψ
πψ
υψ
61
0
Re
01
<<
()
rel.7
co
nform
tev
i,de
rand
sing
ur
un
pen
tru
3
21
PrPr
11
1
1
Nu
Nu
b
Nu
n
nN
u
m
p
=
⋅+
=
⋅
⋅⋅
−+
=
ω
ω
()
fort
ata
co
nvec
tia
la de
re
l.
conf
orm
liber
a
conv
ectia
la
de
re
l.
conf
orm
:fo
rtat
a
curg
erea
de
fa
ta
opus
se
nsin
leas
cens
iona
F
ort
ele
:fo
rtat
a
curg
erea
cu
se
ns
acel
asi
in
le
asce
nsio
na
Fort
ele
33
313
3
−−
−=
+= fo
rta
t
lib
er
lib
erfo
rta
t
fort
at
lib
er
Nu
Nu
Nu
Nu
Nu
Nu
Nu
Nu
5
cr
10
7P
rRe
R
e
⋅>
⋅<
Gr
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
281
ANEXA 11
180�58/�'(��(9,�3(�3/�&,/(�78%8/$5(
$úH]DUHD�vQ�KH[DJRQ
1XP�UXO�GH� HYL�VXSOLPHQWDUH�SH�rândurile sectoarelor, m
1XP�
UXO�G
H� HYL�
SH�
latu
ra h
exagon
ulu
i
a
1XP�
UXO�G
H� HYL�
SH�
GLDJRQD
O���
b
1XP�
UXO�G
H� HYL�
SH�
VXSUDID
D�FHD�P
DL�m
are
din
tre
hex
agoan
e
Pe
pri
mu
l râ
nd
m1
Pe
al
doil
ea
rân
d
m2
Pe
al
trei
lea
rân
d
m3
1XP�
UXO�G
H� HYL�
sup
lim
enta
re î
n t
oate
sect
oare
le
1XP�
UXO�WR
WDO�GH
� HYL�
n
1 2 3 4 5 6 7 8
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
1
3
5
7
9
11
13
15
17
19
21
23
25
27
29
31
33
35
37
39
41
43
45
47
49
1
7
19
37
61
91
127
169
217
271
331
397
469
517
631
721
817
919
1027
1141
1261
1387
1519
1657
1851
-
-
-
-
-
-
-
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
2
5
6
7
8
9
12
13
14
15
16
17
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
4
7
8
9
10
-
-
-
-
-
-
-
18
24
30
36
42
48
66
90
102
114
126
138
162
198
228
246
267
282
1
7
19
37
61
91
127
187
241
301
367
439
517
613
721
823
931
1045
1165
1303
1459
1615
1765
1981
2083
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
282
ANEXA 12
Tevi din otel fara sudura laminate la cald (SR 404/1-98)
Grosimea peretelui (mm)
3,0 3,5 4,0 5,0 6,0 8,0 10 12 14 16 18 20 22 Dia
met
rul
exte
rio
r (m
m)
Masa (kg/ml)
25 1,63 - - - - - - - - - - - -
29 1,85 2,11 - - - - - - - - - - -
32 2,14 2,46 2,76 - - - - - - - - - -
34 2,29 2,63 2,96 - - - - - - - - -
38 2,59 2,98 3,35 4,07 - - - - - - - - -
42 2,88 3,32 3,75 4,56 - - - - - - - - -
45 3,11 3,58 4,04 4,93 5,77 - - - - - - - -
48 3,33 3,84 4,34 5,30 6,21 7,89 9,37 - - - - - -
51 3,55 4,10 4,64 5,67 6,66 8,48 10,11 - - - - - -
54 3,77 4,36 4,93 6,04 7,10 9,07 10,85 12,43 - - - - -
57 3,99 4,62 5,23 6,41 7,55 9,67 11,60 13,22 - - - - -
60 - 4,88 5,52 6,78 7,99 10,26 12,33 14,20 - - - - -
63,5 - 5,18 5,87 7,21 8,51 10,95 13,19 15,24 - - - - -
70 - 5,74 6,51 8,01 9,47 12,23 14,80 17,16 19,33 21,30 - - -
73 - 6,00 6,81 8,38 9,91 12,82 15,54 18,05 20,37 22,49 - - -
76 - 6,26 7,10 8,75 10,36 13,42 16,28 18,94 21,41 23,67 - - -
83 - 6,86 7,79 9,62 11,39 14,80 18,00 21,01 23,82 26,44 28,85 - -
89 - 7,38 8,38 10,36 12,28 15,98 19,48 22,79 25,89 28,80 31,52 - -
95 - 7,90 8,98 11,10 13,77 17,16 20,96 24,56 27,97 31,17 34,18 - -
102 - - 9,67 11,96 14,20 18,54 22,69 26,63 30,38 33,93 37,29 - -
108 - - 10,30 12,70 15,09 19,73 24,20 28,41 32,45 36,30 39,95 - -
114 - - 10,85 13,44 15,98 20,91 25,65 30,19 34,53 38,67 42,61 46,36 49,91
121 - - 11,54 14,30 17,02 22,29 27,37 32,26 36,94 41,43 45,72 49,82 53,71
127 - - 12,10 15,04 17,90 23,47 28,85 34,03 39,01 43,80 48,39 52,77 56,97
133 - - 12,70 15,78 18,79 24,66 30,33 35,81 41,08 46,16 51,05 55,73 60,22
140 - - - 16,65 20,12 26,04 32,06 37,88 43,50 48,93 54,16 59,19 64,02
146 - - - 17,39 20,72 27,23 33,54 39,66 45,57 51,30 56,82 62,15 67,27
152 - - - - 21,60 28,41 35,02 41,43 47,65 53,66 59,48 65,11 70,53
159 - - - - 22,64 29,79 36,75 43,50 50,66 56,42 62,59 68,56 74,33
168 - - - - 23,97 31,57 38,96 46,17 53,17 59,98 66,59 73,00 79,21
178 - - - - 25,45 33,51 41,43 49,13 56,62 63,92 71,02 77,93 84,64
194 - - - - 27,82 36,70 45,38 53,86 62,15 70,24 78,12 85,82 93,32
219 - - - - 31,52 41,63 51,54 61,26 70,78 80,10 89,22 98,15 106,89
245 - - - - - 46,76 57,95 68,95 79,75 90,36 100,77 110,98 120,99
273 - - - - - 52,28 64,86 77,24 89,42 101,41 133,20 124,79 136,18
324 - - - - - 62,34 77,44 92,33 107,72 121,53 135,83 149,94 163,85
356 - - - - - 68,66 85,33 101,80 118,07 134,16 150,04 165,72 181,21
377 - - - - - 72,80 90,51 108,02 125,33 142,44 159,36 176,08 192,61
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
283
ANEXA 13
Tevi din otel fara sudura pentu cazane
si schimbatoare de caldura (SR 9377-90)
Grosimea peretelui (mm)
1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 5,0 6,0 8,0 Dia
met
rul
exte
rior
(mm
)
Masa (kg/ml)
12 0,388 0,493 0,586 0,666 - - - - -
14 0,462 0,592 0,709 0,814 - - - - -
16 0,536 0,690 0,832 0,962 - - - - -
18 0,610 0,789 0,956 1,11 1,25 - - - -
20 0,684 0,888 1,08 1,26 1,42 1,58 1,85 - -
25 0,869 1,13 1,39 1,63 1,85 2,07 2,47 2,81 -
30 1,05 1,38 1,69 2,00 2,29 2,56 3,08 3,55 4,34
38 1,35 1,77 2,19 2,59 2,98 3,35 4,07 4,73 5,92
45 1,61 2,12 2,62 3,11 3,58 4,04 4,93 5,77 7,30
48 - 2,27 2,80 3,33 3,84 4,34 5,30 6,21 8,29
57 - - 3,36 3,99 - - - - -
60 - - 3,54 4,22 4,88 5,52 6,78 7,99 10,26
70 - - - 4,96 5,74 6,51 8,01 9,47 12,23
76 - - - 5,40 6,26 7,10 8,75 10,36 13,42
80 - - - 5,70 6,60 7,50 9,25 10,95 14,20
89 - - - - 7,38 8,38 10,36 12,28 15,98
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
ANEXA 14
FLANSE ROTUNDE PENTRU SUDARE
Teava FLANSE ROTUNDE PENTRU SUDARE
CONFORM STAS :
8011-84 (Pn 2,5) si 8012-84 (Pn 6) Dn
d a d1 d2 d3 b Masa
mm kg/buc
10 14 75 50 0,25
15 20 80 55 0,28
20 25 90 65
10
0,44
30 0,55 25
34 100 75
11
12 0,53
38 0,93 32
42 120 90
0,90
45 1,03 40
48 130 100
1,00
57 1,14 50
60 140 110
1,11
65 76 160 130
14 14
1,39
80 89 190 150 2,29
108 2,66 100
114 210 170
16
2,53
133 3,68 125
140 240 200 18
3,46
159 4,68 150
168 265 225 20
4,32
200 219 320 280 22 6,35
250 273
1
375 335
18
8,39
300 324 440 395 24
10,80
356 15,60 350
377 490 445 26
13,10
400 406,4 540 495 28 18,70
500 508 645 600
22
25,10
600 609,6
2
755 705 26 30
25,70
45
d2
d1
d3
b
a
d
285
AN
EX
A 1
4 (
con
tin
uare)
Tea
va
FL
AN
SE
RO
TU
ND
E P
EN
TR
U S
UD
AR
E C
ON
FO
RM
ST
AS
:
8013
-84 (
Pn 1
0)
80
14
-84
(P
n 1
6)
Dn
d
a d
1
d2
d3
b
d1
d2
d3
b
mm
Mas
a
kg/b
uc
mm
Mas
a
kg/b
uc
10
14
90
60
0,4
5
90
60
0
,45
15
20
95
65
12
0,5
0
95
65
1
2
0,5
0
20
25
105
75
0,7
4
105
7
5
0,7
4
30
0,8
8
0,8
8
25
34
115
85
14
14
0,8
6
115
8
5
14
14
0,8
6
38
1,5
0
1,5
0
32
42
140
100
1,4
7
140
1
00
1,4
7
45
1,6
4
1,6
4
40
48
150
110
16
1,6
1
150
1
10
16
1,6
1
57
2,2
2
2,2
2
50
60
165
125
2,1
8
165
1
25
2,1
8
65
76
185
145
18
2,6
6
185
1
45
18
2,6
6
80
89
200
160
20
3,2
7
200
1
60
20
3,2
7
10
8
4,1
6
4,1
6
10
0
11
4
220
180
22
3,9
7
220
1
80
22
3,9
7
13
3
5,7
5
5,7
5
12
5
14
0
250
210
18
5,4
7
250
2
10
18
5,4
7
15
9
7,0
5
7,0
5
15
0
16
8
285
240
24
6,6
6
285
2
40
24
6,6
6
20
0
21
9
340
295
26
9,4
2
340
2
95
22
26
9,1
3
25
0
27
3
1
395
350
12,1
0
405
3
55
14
,90
30
0
32
4
445
400
28
13,6
0
460
4
10
32
17
,80
35
6
20,6
0
28
,20
3
50
3
77
505
460
22
30
17,9
0
520
4
70
26
36
24
,80
40
0
40
6,4
565
515
32
16,1
0
580
5
25
30
38
34
,60
50
0
50
8
670
620
26
34
34,7
0
715
6
50
33
44
59
,30
60
0
60
9,6
2
780
725
30
36
38,6
0
840
7
70
36
48
79
,00
INDRUMATOR DE PROIECTARE APARATE TERMICE
CAZANE
286
ANEXA 15
Dn d s H h
mm
25 31 20
28 3; 4
32
25 34 3 33
32 42 4; 6 35
40 48 4; 8 37
4; 6 40
25
50 60 10 55 40
4; 6 43 25 73
10 58 40
4; 6 44 25 65
76 10 59 40
4; 8 47 25 80 89
12 62 40
5; 8 53 25 100 114
14 68 40
6 67 25 125 140
10; 16 82 40
6 67 25 150 158
10; 16 82 40
6 80 25 200 219
12; 13 95 40
6 93 25 250 273
12; 20 108 40
6 106 25 300 324
12; 20 121
8 114
14 129
40
350 356
25 139 50
8 126 25
16 141 40 400 406
25 151 50
10; 18 154 40 450 457
25 164 50
10; 18 167 40 500 508
25 177 50
d
s
h
H
287
ANEXA 16
CRITERII DE SIMILITUDINE
Denumirea
criteriului Simbol 5HOD LH�GH�FDOFXO 6HPQLILFD LH�IL]LF���XWLOL]DUH�
1 2 3 4
Arhimede Ar Ï©Ï*DÏ
ÏÏÌOJ R��
⋅=
−
⋅
⋅
)RU H�JUHYLWD LRQDOH�)RU H�GH�YkVFR]LWDWH
�PLúFDUHOLEHU��
Biot Bi ÊO.⋅
Rezisten ��WHUPLF��LQWHUQ��5H]LVWHQ ��WHUPLF��OD�VXSUDID �
�WUDQVIHU�GH�F�OGXU��
Euler Eu �ZÏS⋅
)RU H�GH�SUHVLXQH�)RU H�GH�LQHU LH
(frecarea fluidelor la curgerea prin
conducte)
Fourier Fo �O2D⋅
�WUDQVIHU�GH�F�OGXU��vQ�UHJLP�WUDQ]LWoriu)
Froude
(Boussinesq)
(Vedernikov)
Fr
(B)
(V) OJZ�
⋅
)RU H�GH�LQHU LH�)RU H�JUDYLWD LRQDOH
(curgerea fluidelor compresibile)
Galileu Ga ��
ÑOJ ⋅
)RU H�JUHYLWD LRQDOH�)RU H�GH�YkVFR]LWDWH
(curgerea fluidelor vâscoase)
Grashoff Gr ��
Ì©WOÃJ ⋅⋅⋅
)RU H�GH�SHUWXUED LH�)RU H�GH�YkVFR]LWDWH
�VFKLPE�GH�F�OGXU��SULQ�FRQYHF LH�OLEHU��
Kutateladze Ku �W�W SOS −F
U
�WUDQVIHU�GH�F�OGXU��úL�PDV��vQ�WLPSXO�YDSRUL]�ULL�XQXL�OLFKLG�
tl – temperatura lichidului
tp – temperatura peretelui
Nusselt Nu ÊO.⋅
&�OGXU��WUDQVPLV��SULQ�FRQYHF LH�&�OGXU��WUDQVPLV��SULQ�FRQGXF LH
�WUDQVIHU�GH�FDOGXU��
Peclet Pe PrRe⋅=
⋅⋅⋅
ÊOZÏ SF
7UDQVIHUXO�GH�F�OGXU��WRWDO�7UDQVIHUXO�GH�F�OGXU��FRQGXFWLY
�WUDQVIHUXO�GH�F�OGXU��
Prandtl Pr D
F ÌÊ
ÌÏS=
⋅⋅
'LIX]LWDWH�PRPHQWDQ��'LIX]LYLWDWH�WHUPLF�
�WUDQVIHUXO�GH�F�OGXU��FRQYHFWLY�OD�PLúFDUHD�IRU DW��D�IOXLGXOXL�
Reynolds Re ÌOZ ⋅
)RU H�GH�LQHU LH�)RU H�GH�YkVFR]LWDWH
(curgerea fluidelor)
top related