instalatii de forta cu abur si gaze
Post on 03-Jan-2016
265 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
1
CURSUL 3. GENERATOARE DE ABUR NAVALE
Generatorul de abur este echipamentul termic în care energia termică obţinută în urma
arderii unui combustibil, sau obţinută prin reacţie nucleară sau prin efectul termic al curentului
electric, este folosită pentru producerea aburului, cu scopul de a fi utilizat mai departe în
instalaţii energetice ca agent termic.
Pentru că, în domeniul naval, majoritatea generatoarelor de abur utilizează energia
termică provenită din arderea combustibililor, mai departe vor fi prezentate mai pe larg doar
aceste tipuri de generatoare.
Generatorul naval de abur reprezintă o maşină complexă alcătuită din:
- Colectoare de abur;
- Fascicule de ţevi (de apă sau de gaze);
- Supraîncălzitor;
- Evaporator;
- Focare şi tuburi de flacără;
- Preîncălzitoare de apă;
- Preîncălzitoare de aer;
- Pulverizatoare şi arzătore de combustibil;
- Armături;
3.1. Clasificarea generatoarelor navale de abur
Generatoarele de abur utilizate la bordul navelor militare şi civile se pot clasifica după
următoarele criterii:
a) Destinaţia în cadrul sistemului energetic al navei:
• Generatoare navale de abur principale - care furnizează aburul necesar funcţionării maşinilor
de propulsie;
• Generatoare navale de abur auxiliare - care furnizează aburul necesar maşinilor auxiliare de la
bord (generatoare de curent electric, pompe, etc.) şi în instalaţiile de încălzire (a
compartimentelor navei şi a tancurilor de marfă);
b) Sistemul de schimbare a căldurii între apă şi gazele de ardere:
- Generatoare navale de abur acvatubulare - la care apa circulă prin tuburi iar gazele de ardere
prin exteriorul acestora;
- Generatoare navale de abur ignitubulare - la care gazele de ardere circulă prin tuburi iar apa
prin exteriorul acestora;
c) Modul de circulaţie a apei:
- Generatoare navale de abur cu circulaţie naturală - fără a fi necesare alte agregate pentru
circulaţia apei;
- Generatoare navale de abur cu circulaţie forţată - apa este vehiculată prin intermediul unor
pompe de circulaţie;
d) Modul de circulaţie al aerului şi a gazelor (tirajul generatorului);
- Generatoare navale de abur cu tiraj natural - la care aerul circulă normal fără a fi necesară
utilizarea unor agregate suplimentare;
- Generatoare navale de abur cu tiraj forţat - la care aerul este introdus în focarul generatorului
prin intermediul unor ventilatoare;
e) După numărul drumurilor de gaze:
- Generatoare navale de abur cu un singur traseu (drum) de gaze;
- Generatoare navale de abur cu mai multe trasee (drumuri) de gaze;
f) După principiul constructiv:
- Generatoare navale de abur cu corp vaporizator - necesită un volum mare de apă;
C3 - 2
- Generatoare navale de abur cu ţevi vaporizatoare - necesită un volum mic de apă;
g) După temperatura aburului:
- Generatoare navale de abur saturat;
- Generatoare navale de abur supraîncălzit;
h) După presiunea aburului:
- Generatoare navale de abur de joasă presiune (p < 15 bar);
- Generatoare navale de abur de medie presiune (5 bar < p < 30 bar);
- Generatoare navale de abur de înaltă presiune (p > 30 bar);
3.2. Generatoare de abur navale acvatubulare
La generatoarele de abur navale acvatubulare, apa circulă prin sistemul de ţevi, în timp
ce gazele circulă prin exteriorul acestor ţevi.
Figura 3.1. Generator de abur naval acvatubular cu trei colectoare (cu înclinare mare a ţevilor)
Notaţiile utilizate în figură sunt:
PIA - preîncălzitorul de aer;
PIAA - preîncălzitorul de apă;
CS - colector superior;
CI - colector inferior;
SI - supraîncălzitor;
TCN - ţeavă coborâtoare neîncălzită;
3
TVR - ţevi de vaporizare prin radiaţie;
FTU - fascicul de ţevi de urcare;
FTC - fascicul de ţevi de coborâre;
FGA - focarul generatorului de abur;
VGA - vatra generatorului de abur.
Generatoarele de abur navale acvatubulare pot fi cu circulaţie naturală sau cu circulaţie
forţată. Cele cu circulaţie naturală, la rândul lor pot fi diferenţiate funcţie de înclinarea ţevilor.
În figura anterioară este prezentată schema unui generator de abur cu ţevi cu înclinaţie
mare şi circulaţie naturală a aerului. Acest generator are două colectoare inferioare (CI) şi un
colector superior (CS). Arzătoarele de combustibil sunt dispuse perpendiculare pe cele trei
colectoare (astfel că acestea nu apar în figură).
Sistemul fierbător al generatorului de abur este format din cele două fascicule de ţevi
(FTU şi FTC) între care este dispus un supraîncălzitor (SI). Fasciculul de ţevi coborâtoare
cuprinde un grup de ţevi încălzite prin convecţie, ce alimentează cu apă, prin intermediul
colectoarelor de apă ţevile de urcare vaporizatoare ale FTU şi ţevile vaporizatoare prin radiaţie
(TVR). Printr-un alt circuit FTC şi FTU primesc apă şi de la ţevile coborâtoare neîncălzite.
Generatorul este prevăzut de asemenea cu preîncălzitoare atât pentru apa de alimentare cât şi
pentru aerul de alimentare al generatorului.
În figura următoare este prezentată schema unui generator de abur cu ţevi cu înclinaţie
mică şi circulaţie naturală a aerului. Acest generator are un colector (C) şi două camere
secţionale de colectare respectiv distribuţie (CSC şi CSD). Arzătoarele de combustibil sunt
dispuse perpendiculare pe colector şi pe camerele secţionale (astfel că acestea nu apar în
figură).
Figura 3.2. Generator de abur naval acvatubular cu un colector principal şi două camere
secţionale (cu înclinare mică a ţevilor)
C3 - 4
Notaţiile utilizate în figură sunt:
PIA - preîncălzitorul de aer;
C - colector;
SI - supraîncălzitor;
TCN - ţeavă coborâtoare neîncălzită;
FTDS - fascicul de ţevi aflat după supraîncălzitor;
FTIS - fascicul de ţevi aflat înainte de supraîncălzitor;
FGA - focarul generatorului de abur;
VGA - vatra generatorului de abur;
CSC - cameră secţională colectoare;
CSD - cameră colectoare distribuitoare;
FTI - fascicolul de ţevi de întoarcere.
Sistemul fierbător al generatorului de abur este format din cele două fascicule de ţevi
(FTIS şi FTDS) între care este dispus un supraîncălzitor (SI) şi cele două camere de
colectare/distribuţie. Camera distribuitoare este alimentată cu apă din colector (C) prin
intermediul ţevii coborâtoare neîncălzite (TCN). Din camera distribuitoare (CSD) apa trece
prin ţevile de vaporizare ale celor două sisteme de fascicule (FTIS şi FTDS) spre camera de
colectare (CSC), unde ajung sub formă de amestec apă-vapori. Prin ţevile de întoarcere (FTI)
amestecul este dirijat spre colector unde aburul se separat de lichid şi se adună în partea
superioară a colectorului. Între cele două fascicule de ţevi este plasat supraîncălzitorul (SI), a
cărui ţevi sunt perpendiculare pe ţevile FTIS şi FTDS.
După un alt criteriu de clasificare, generatoarele navale de abur acvatubulare se împart
în generatoare de abur acvatubulare cu trei colectoare - generatoare de formă triunghiulară şi
generatoare de abur acvatubulare cu două colectoare - generatoare de formă cilindrică.
Acestea sunt prezentate în figurile următoare:
a) GAN acvatubular - triunghiular - simetric b) GAN acvatubular - triunghiular - ecranat
Figura 3.3. Variante constructive de generatoare de abur navale acvatubulare triunghiulare
5
c) GAN acvatubular - cilindric - simetric d) GAN acvatubular - cilindric – ecranat
Figura 3.4. Variante constructive de generatoare de abur navale acvatubulare cilindrice
Notaţiile utilizate în figură sunt:
CI - colector inferior;
CS - colector superior;
TU - ţevi urcătoare;
TC - ţevi coborâtoare;
VGA - vatra generatorului de abur;
AC - arzător de combustibil.
În figura următoare este prezentat un generator de abur naval acvatubular cu circulaţie
forţată cunoscut şi sub denumirea de „căldarea La Mont".
La acest tip de generatoare, viteza de trecere a apei prin ţevi este mult mai mare decât la
cele cu circulaţie normală. Pentru realizarea acestui scop se utilizează o pompă de circulaţie. Notaţiile utilizate în figura următoare sunt:
PIA – preîncălzitorul de apă;
T3SF – treapta a treia de încălzire a sistemului fierbător;
SI – supraîncălzitor;
T2SF – treapta a doua de încălzire a sistemului fierbător;
T1SF – treapta întâi de încălzire a sistemului fierbător;
CV – colector vertical;
PC – pompă de circulaţie;
VR – valvulă de reţinere;
PA – pompă de alimentare;
D – elemente distribuitoare;
C – elemente colectoare;
CIA – conductă de ieşire a aburului;
FGA – focarul generatorului de abur.
C3 - 6
Figura 3.5. Generator de abur naval cu circulaţie forţată
3.3. Generatoare de abur navale ignitubulare
La generatoarele de abur navale ignitubulare, gazele rezultate în urma arderii
combustibilului circulă prin sistemul de ţevi, în timp ce apa circulă prin exteriorul acestor ţevi,
în contactul cu ele aceasta vaporizându-se. Acestea se mai numesc şi generatoare de abur cu
corp vaporizator sau căldări cu volum mare de apă.
Generatoarele de abur navale ignitubulare pot fi cu flacără directă sau cu flacără
întoarsă. Cele mai utilizate sunt cele cu flacără întoarsă datorită dimensiunilor de gabarit mai
mici şi debitelor mari de abur.
În figura următoare sunt prezentate schemele GAN cu flacără întoarsă şi cu flacără
directă.
În ambele situaţii combustibilul este introdus în tubul de flacără (TF) al generatorului
prin pulverizatorul de combustibil (PC). Gazele rezultate circulă, în drumul lor spre coşul de
evacuare (CE) prin cutia de foc (CF) antrenând în deplasarea lor şi o parte din combustibil care
va continua să ardă în CF şi mai departe trec prin tubulatura supraîncălzitorului (SI). Apa din
interiorul generatorului se încălzeşte şi la partea superioară a acestuia se formează aburul, care
se acumulează în domul acumulator de abur (DAA).
7
a) GAN ignitubular cu flacără întoarsă b) GAN ignitubular cu flacără directă
Figura 3.6. Generatoare de abur navale ignitubulare
Notaţiile utilizate în figurile anterioare sunt:
AC - arzător de combustibil;
TF - tubul de flacără;
CF - cutia de foc;
CE - coşul de evacuare;
SI - supraîncălzitor;
DAA - domul acumulator de abur;
VGA - vatra generatorului de abur;
T - tiranţi;
PT - plăci tubulare;
3.4. Caldarine navale de abur
La navele la care nu este necesar abur pentru propulsie, pentru acţionarea altor agregate
energetice se utilizează un generator de abur de dimensiuni reduse frecvent denumit caldarină
navală.
În funcţie de provenienţa căldurii destinate vaporizării apei, caldarinele se împart în:
- Caldarine cu ardere proprie;
- Caldarine recuperatoare de căldură.
3.4.1. Caldarine navale cu ardere proprie
Acestea au o construcţie similară generatoarelor navale de abur acvatubulare cilindrice,
dar sunt de dimensiuni mult mai mici. Schema unei astfel de caldarine este prezentată în figura
următoare.
La aceste caldarine, colectorul superior (CS) este pus în legătură cu colectorul inferior
(CI) prin intermediul tuburilor de circulaţie a apei (TCA). Focarul (FCA) acestui tip de
generator de abur, este plasat în interiorul colectorului inferior (CI) şi este prevăzut cu o vatră
de cărămidă refractară (VCA) şi un sistem de pulverizare a combustibilului (PC). Din focar
gazele arse trec prin tubulatura de evacuare (TE) şi ies în exteriorul caldarinei. Tirajul
caldarinei este asigurat cu ajutorul unei suflante acţionate de un motor electric. Pentru curăţarea
colectorului inferior (CI) caldarina este prevăzută cu o autoclavă (ACL). Mantaua caldarinei
(MC) este confecţionată din tablă de oţel căptuşită cu straturi de azbest pentru a asigura o bună
izolaţie termică.
C3 - 8
Figura 3.7. Caldarină cu ardere proprie
Notaţiile din figură au următoarea semnificaţie:
CS - colector superior;
CI - colector inferior;
TCA - tubulatură de circulaţie a apei;
FCA - focarul caldarinei de abur;
VCA - vatra caldarinei de abur;
TE - tubulatura de evacuare;
ACL - autoclavă;
PC - pulverizatorul de combustibil;
MC - mantaua caldarinei.
3.4.1. Caldarine recuperatoare
Acestea au o construcţie similară generatoarelor navale de abur acvatubulare cilindrice
cu circulaţie forţată, însă folosesc pentru vaporizarea apei energia termică a gazelor de evacuare
a motoarelor principale. Temperatura acestor gaze este relativ ridicată, fiind cuprinsă în
intervalul:
- 250oC - 400
oC - la motoarele în 2 timpi;
- 400oC - 500
oC - la motoarele în 4 timpi.
Acest tip de caldarină este mult mai economică, însă funcţionarea ei este posibilă doar
pe timpul funcţionării motorului principal. Schema unei astfel de caldarine este prezentată în
figura următoare.
Vaporizatorul (VAP) este format dintr-un sistem de serpentine tubulare (ST) conectat la
un capăt cu tubulatura de alimentare cu apă (TAA) şi la celălalt cu colectorul de abur (CA).
Serpentinele sunt montate concentric pe tubulatura de evacuare a gazelor de la motorul
principal (GEM). Prin această tubulatură gazele ies, funcţie de poziţia clapetului rotitor (CR),
astfel realizându-se un dozaj optim al cantităţii de energie termică primită de circuitul de apă.
Pentru circulaţia apei în sistemul caldarinei este prevăzută o pompă (PCA). Aceasta
preia apa de la separatorul de abur (SA) şi o transmite în serpentina caldarinei. Pe de altă parte
9
aburul colectat din serpentină intră tot în separatorul de abur, şi de aici este transmis mai departe
către consumatori.
Figura 3.8. Caldarină recuperatoare
Notaţiile din figură au următoarea semnificaţie:
VAP – vaporizator;
ST – serpentină tubulară;
CR – clapet rotitor;
TB – tubulatură de bypass;
GEM – galeria de evacuare a motorului;
TAA – tubulatura de alimentare cu apă;
PCA – pompa de circulaţie a apei;
CA – colectorul de abur;
SA – separatorul de abur.
C3 - 10
3.5. Circuitul fluidelor în generatoarele cu abur navale
După cum s-a putut observa în paragrafele anterioare în generatoarele de abur se
întâlneşte un circuit apă - abur şi un circuit aer - gaze de evacuare.
3.5.1. Circuitul apă - abur al generatoarelor de abur navale
În componenţa circuitului apă - abur se disting următoarele suprafeţe de schimb de
căldură:
- Economizorul (E) - realizează creşterea temperaturii apei de alimentare până la o valoare
apropiată de cea de saturaţie. Aici transferul de căldură dintre apă şi gaze este de tip convectiv;
- Vaporizatorul (V) - asigură trecerea apei din fază lichidă în cea de abur saturat. Transferul de
căldură se realizează preponderent prin radiaţie;
- Supraîncălzitorul (SI) - realizează supraîncălzirea aburului produs de vaporizator până la
nivelul de temperatură dorit (temperatura de supraîncălzire). Transferul de căldură se realizează
convectiv sau radiativ.
În figura următoare este prezentată amplasarea suprafeţelor de schimb de căldură
într-un generator de abur ce utilizează arderea unui combustibil ca sursă de energie termică.
Figura 3.9. Amplasarea suprafeţelor de schimb de căldură
Din punct de vedere al modului în care se realizează circulaţia agentului apă - abur în
interiorul vaporizatorului, generatoarele de abur pot fi:
- Cu circulaţie naturală;
- Cu circulaţie forţată multiplă;
- Cu circulaţie forţată unică.
a) b) c)
Figura 3.10.Tipuri ale circulaţiei agentului apă - abur
11
3.5.2. Circuitul aer - gaze de ardere
Se pot distinge următoarele cazuri:
Tirajul natural - caz în care nu există ventilatoare de aer sau de gaze de ardere. Circulaţia de
face pe baza înălţimii canalelor de gaze de ardere şi a coşului de fum, acesta asigurând un tiraj
natural. Soluţia de utilizează la generatoarele de mică putere.
Tirajul cu introducţie - caz în care circuitul conţine doar ventilator de introducţie a aerului.
Generatoarele de acest tip lucrează cu suprapresiune în focar, deci necesită o etanşare a
canalelor de gaze de ardere.
Tirajul cu extracţie - generatorul are doar ventilator de extracţie a gazelor de ardere, iar în focar
se stabileşte o depresiune.
Tirajul mixt - generatorul are atât ventilatoare de aer cât şi pentru gazele de ardere. Este soluţia
utilizată cel mai adesea la bordul navelor.
În figura următoare este prezentată schema generală a circuitului aer - gaze la un
generator cu tiraj mixt.
Figura 3.11. Circuitul aer - gaze de ardere în cazul tirajului mixt
Elementele componente ale circuitului sunt:
F - filtru de aer;
VA - ventilator de aer;
PA - preîncălzitor de aer;
SA - sistem de ardere;
FO - focar;
CAA - circuitul apă - abur;
IFOA - instalaţie de filtrare a oxizilor de azot;
IFP - instalaţie de filtrare a pulberilor;
VG - ventilator de gaze;
IFOS - instalaţie de filtrare a oxizilor de sulf.
3.6. Parametri funcţionali ai generatoarelor de abur navale
3.6.1. Presiuni funcţionale ale generatoarelor de abur
Presiunea nominală a generatorului de abur Reprezintă presiunea de lucru maximă admisibilă ce se are în vedere în faza de
proiectare a generatorului de abur.
Valorile uzuale ale acestui parametru sunt:
• Generatoare de abur de joasă presiune: pn = 1,1... 6 [bar]
• Generatoare de abur de medie presiune: pn =6 ... 50 [bar]
• Generatoare de abur de înaltă presiune: pn = 50 ... 245 [bar]
• Generatoare de abur supracritice: pn > 245 [bar]
C3 - 12
Presiunea nominală de regim a generatorului de abur Reprezintă valoarea presiunii vaporilor din generatorul de abur din timpul exploatării,
care este uzual mai mică cu 5 % decât presiunea nominală.
[bar],
în care pn - presiunea nominală [bar];
Presiunea de utilizare a aburului Reprezintă valoarea presiunii aburului la ieşirea din supraîncălzitorul generatorului de
abur.
în care:
pn - presiunea nominală [bar];
ΔPSI - căderea de presiune pe supraîncălzitor;
3.6.2. Temperaturi funcţionale ale generatoarelor de abur
Temperatura nominală a generatorului de abur Reprezintă valoarea temperaturii vaporilor supraîncălziţi măsurată după regulatorul de
temperatură sau la ieşirea din supraîncălzitor, la debitul nominal.
Temperatura maximă admisă în economizor tmae = tsat - (20 ... 25) [°C],
în care tsat - temperatura de saturaţie [oC];
Temperatura de saturaţie a aburului
[°C]
în care pu - presiunea de utilizare a aburului [bar];
Temperatura de supraîncălzire a aburului ( ) [°C]
în care tsat - temperatura de saturaţie [oC];
Temperatura gazelor de evacuare ale generatorului de abur - La utilizarea gazelor naturale: tgev = 100 ... 120 [°C];
- La utilizarea combustibilului marin greu cu conţinut de sulf mai mic de 1%:
tgev = 120 ... 125 [°C];
- La utilizarea combustibilului marin greu cu conţinut de sulf mai mare de 1%:
tgev = 130 ... 150 [°C];
- La utilizarea cărbunelui superior (antracit, huilă): tgev = 120 ... 130 [°C];
- La utilizarea lignitului: tgev = 140... 160 [°C];
Pentru determinarea parametrilor: presiune, temperatură, entalpie şi entropie; ai
aburului, se utilizează diagrama entalpie - entropie (i - s), prezentată în figura următoare.
13
Figura 3.13. – Diagrama i-s a aburului
C3 - 14
3.6.2. Debite ale generatoarelor de abur navale
Debitul nominal al generatoarelor de abur Reprezintă debitul maxim de vapori pe care generatorul de abur trebuie să-l asigure pe
timpul unei exploatări permanente. Acesta se determină cu formula:
[
]
în care:
Qu - cantitatea de căldură utilă acumulată în generatorul de abur [kW];
ix - entalpia vaporilor saturaţi [kJ/kg];
iaa - entalpia apei de alimentare [kJ/kg]; [14]
Uzual acest parametru ia valori cuprinse în intervalul:
Da = 10... 1000[
]
Debitul normal al generatoarelor de abur Dnor Reprezintă aproximativ 80 % din debitul nominal al generatorului fiind corespunzător
unei valori optime a randamentului generatorului.
Debitul specific al generatoarelor de abur Reprezintă raportul dintre debitul nominal al generatorului de abur şi suprafaţa de
încălzire.
[
]
în care:
Da - debitul nominal al generatorului de abur [kg/h];
Si - suprafaţa de încălzire [m2];
3.6.4. Viteze funcţionale întâlnite în generatoarele de abur
Viteza de circulaţie a apei prin economizor
wcae = 0,6... 1,2 [
]
Viteza de circulaţie a gazelor de ardere prin economizor
wcge = 6... 10 [
]
Viteza de calcul a aburului la ieşirea din supraîncălzitor
[
]
în care:
Vsma - volumul specific mediu al aburului [m3/kg];
SitSI - secţiunea internă totală a supraîncălzitorului [m2];
Da - debitul nominal al generatorului de abur [kg/h];
15
3.6.5. Capacitatea de vaporizare a generatorului de abur
Capacitatea de vaporizare a combustibilului utilizat Reprezintă cantitatea de abur obţinută în generator prin arderea unui kilogram de
combustibil.
în care:
Da - debitul nominal al generatorului de abur [kg/h];
ch - consumul orar de combustibil [kg/h].
Capacitatea de vaporizare pe abur normal Parametrul este folosit pentru a face comparaţie între diferitele tipuri de generatoare de
abur.
( )
în care:
Da - debitul nominal al generatorului de abur [kg/h];
in - entalpia aburului normal [kJ/kg];
iaa - entalpia apei de alimentare [kJ/kg];
ch - consumul orar de combustibil [kg/h].
Prin abur normal se înţelege aburul obţinut la presiunea de o atmosferă din apa ce a avut
iniţial temperatura de un grad Celsius sau aburul saturat la presiunea de un bar a cărui entalpie
este:
[
]
3.6.6. Consumul orar de combustibil al generatoarelor de abur
în care:
Qgev - cantitatea de căldură a gazelor de evacuare a generatorului de abur [kW];
Qi - puterea calorifică inferioară a combustibilului [kJ/kg].
3.6.7. Coeficientul de exces de aer al generatoarelor de abur Indică cantitatea de aer necesară pentru a asigura arderea completă a cantităţii de
combustibil injectată în focarul generatorului:
în care:
Lraif - cantitatea reală de aer introdusă în focarul generatorului [kg];
Ltan - cantitatea teoretică de aer necesară arderii complete [kg].
Valorile uzuale ale acestui parametru se încadrează în intervalul:
C3 - 16
3.6.8. Tirajul generatorului de abur Din punct de vedere fizic tirajul generatorului de abur este o forţă de presiune (a aerului
de alimentare), măsurată în milimetri coloană de apă şi definită ca fiind diferenţa de greutate
dintre cele două coloane de gaze ce străbat focarul generatorului de abur.
Condiţia ca un generator de abur să poată funcţiona cu tiraj natural este exprimată prin
inegalitatea:
în care:
hc - înălţimea măsurată de la baza focarului până la marginea superioară a coşului de
evacuare [m];
γa - greutatea specifică a aerului [m3/kg];
γg - greutatea specifică a gazelor de ardere, măsurată la hc/2 [m3/kg].
Adică, greutatea coloanei de aer trebuie să fie mai mare decât greutatea coloanei de gaze
de ardere. Astfel se poate determina tirajul ca fiind:
( )
Valorile uzuale ale acestui parametru se încadrează în intervalul:
h = 8... 12 [mmH20]
3.6.9. Parametrii funcţionali determinaţi prin calculul bilanţului termic al generatoarelor de abur Pentru a putea pune în evidenţă pierderile de căldură şi a determina randamentul unui
generator de abur este necesară efectuarea bilanţului termic. În acest scop trebuie fixată o
suprafaţă de referinţă în raport cu care sunt definite fluxurile energetice componente ale acestui
bilanţ. Pentru generatoarele de abur, drept suprafaţă de referinţă poate fi aleasă suprafaţa
exterioară a canalelor de gaze de ardere în care sunt dispuse circuitul apă - abur şi
preîncălzitorul de aer.
Relaţia generală prin care se exprimă bilanţul termic al unui generator de abur, este:
Qiga = Qabur + Qp [kW]
în care:
Qiga - cantitatea de căldură intrată în generatorul de abur [kW];
Qabur - cantitatea de căldură utilă corespunzătoare aburului produs de generator [kW];
Qp - cantitatea de căldură pierdută sub diferite forme în mediul ambiant [kW];
Cantitatea de căldură intrată în generatorul de abur se determină cu relaţia:
Qiga = Qc + Qapa + Qinj + Qaer [kW]
în care:
Qc - cantitatea de căldură introdusă în generatorul de abur prin arderea combustibilului
[kW];
Qapa - cantitatea de căldură a apei de alimentare la intrarea în generatorul de abur [kW];
Qinj - cantitatea de căldură corespunzătoare aburului injectat în generatorul de abur pentru
diverse scopuri tehnologice (de exemplu pulverizarea combustibilului lichid) [kW];
Qaer - cantitatea de căldură corespunzătoare aerului de ardere [kW];
La rândul ei, cantitatea de căldură corespunzătoare arderii combustibilului este:
în care:
ch - consumul orar de combustibil [kg/h];
Qi - puterea calorifică inferioară a combustibilului [kJ/kg];
Căldura utilă înmagazinată în abur, se determină cu relaţia:
17
în care:
Pe - puterea efectivă a generatorului de abur [kW];
ne - randamentul efectiv al generatorului de abur.
În cazul cel mai general, în care se utilizează un combustibil lichid, pierderile de căldură
sunt date de expresia:
Qp=Qev + Qex + Qai [kW]
Qev - cantitatea de căldură pierdută prin gazele de evacuare [kW];
Qex - cantitatea de căldură pierdută datorită schimbului de căldură cu mediul înconjurător
(prin convecţie şi prin radiaţie) [kW];
Qai - cantitatea de căldură pierdută datorită arderii incomplete [kW];
3.6.10. Randamentul generatoarelor de abur Randamentul generatoarelor determinat pe cale directă Se defineşte ca fiind raportul dintre cantitatea de căldură utilă şi cantitatea de căldură
consumată de generatorul de abur.
( )
în care:
Qaa - cantitatea de căldură preluată în generator de către agentul apă-abur [kW];
ic - entalpia specifică a combustibilului de alimentare [kJ/kg];
ch - consumul orar de combustibil [kg/h];
Qi - puterea calorifică inferioară a combustibilului [kJ/kg];
Qaer - cantitatea de căldură corespunzătoare aerului de ardere [kW];
Relaţia anterioară se mai poate scrie şi sub forma:
( )
în care:
iabur - entalpia specifică a aburului produs de generator [kJ/kg];
iapa - entalpia specifică a apei de alimentare [kJ/kg];
ch - consumul orar de combustibil [kg/h];
Qi - puterea calorifică inferioară a combustibilului [kJ/kg];
Da - debitul nominal al generatorului de abur [kg/h];
Determinarea randamentului pe cale directă, aşa cum s-a prezentat anterior, se aplică la
generatoarele de abur aflate deja în faza de operare şi este condiţionată de măsurarea cu precizie
a unor mărimi (debite de apă, abur sau combustibil).
Randamentul generatoarelor determinat pe cale indirectă
Datorită impreciziilor în măsurare, metoda de determinare directă este înlocuită de o
metodă indirectă ce are la bază relaţia de bilanţ energetic a generatorului de abur (în ipoteza în
care se neglijează Qinj).
sau
( ) Qd - cantitatea de căldură disponibilă corespunzătoare combustibilului utilizat [kW];
Qapa - cantitatea de căldură a apei de alimentare la intrarea în generatorul de abur [kW];
Qabur - cantitatea de căldură utilă corespunzătoare aburului produs de generator [kW];
C3 - 18
qev - pierderea specifică de căldură prin gazele de evacuare [%];
qai - pierderea specifică de căldură datorată arderilor incomplete [%];
qex - pierderea specifică de căldură datorată proceselor de schimb de căldură [%];
Pierderile specifice prezentate anterior, pot fi determinate relativ uşor, existând
posibilitatea de a utiliza diagrame sau relaţii constituite pe baze statistice. Spre deosebire de
cazul randamentului direct, randamentul indirect poate fi determinat atât în faza de operare cât
şi în cea de proiectare a generatorului de abur.
Uzual, randamentul generatoarelor de abur, indiferent de metoda de determinare se
încadrează în următorul interval:
3.6.11. Solicitări termice ale generatoarelor de abur
Solicitarea specifică a suprafeţei de încălzire a generatorului de abur
Se poate determina cu relaţia:
[
]
în care:
Da - debitul nominal al generatorului de abur [kg/h];
Sv - suprafaţa de încălzire vaporizatoare a generatorului de abur [m2].
Valorile uzuale ale acestui parametru sunt:
- Pentru generatoare de abur acvatubulare cu circulaţie naturală şi ţevi cu înclinare mică:
[
]
- Pentru generatoare de abur acvatubulare cu circulaţie naturală şi ţevi cu înclinare mare:
[
]
- Pentru generatoare de abur acvatubulare cu circulaţie forţată:
[
]
- Pentru generatoare de abur ignitubulare cu flacără întoarsă, care utilizează cărbunele:
[
]
- Pentru generatoare de abur ignitubulare cu flacără întoarsă, care utilizează combustibil marin
greu:
[
]
Solicitarea termică aparentă a focarului generatorului de abur
Se poate determina cu relaţia:
[
]
în care:
ch - consumul orar de combustibil [kg/h];
Qi - puterea calorifică inferioară a combustibilului [kJ/kg];
VF - volumul focarului [m3].
Valorile uzuale ale acestui parametru sunt:
19
- Pentru generatoare de abur acvatubulare:
( ) [
]
- Pentru generatoare de abur ignitubulare:
( ) [
]
Solicitarea termică totală a focarului generatorului de abur
Se poate determina cu relaţia:
în care:
ch - consumul orar de combustibil [kg/h];
Qi - puterea calorifică inferioară a combustibilului [kJ/kg];
Qaer - cantitatea de căldură corespunzătoare aerului de ardere [kW];
Qc - cantitatea de căldură introdusă în generatorul de abur prin arderea combustibilului
[kW];
VF - volumul focarului [m3].
3.6.12. Parametrii de referinţă ai mediului ambiant
În cazul motoarelor navale presiunea mediului ambiant este presiunea atmosferică la
nivelul mării. Pentru motoarele de la bordul navelor maritime şi fluviale, temperatura mediului
ambiant depinde de anotimp, zona de navigaţie, momentul zilei, condiţiile de ventilaţie ale
compartimentului maşini etc.
În tabelul următor sunt prezentate valorile acestor parametri.
Tabelul 3.1.
Temperatura aerului Temperatura apei Presiunea aerului
I.S.O. 1986 27 oC 27
oC 1 bar (750 mmHg)
I.S.O. 1992 25 oC 25
oC 1 bar (750 mmHg)
R.N.R. 45 oC 32
oC 1 bar (750 mmHg)
STAS 6635-82 25 oC - 1 bar (750 mmHg)
Lloyd's Register 45 oC 32
oC 1 bar (750 mmHg)
Germanischer Lloyd 45 oC 32
oC 1 bar (750 mmHg)
3.7. Caracteristicile geratoarelor de abur navale
Caracteristica randamentului generatorului de abur În figura următoare este prezentată variaţia tipică a randamentului în funcţie de sarcină
pentru un generator de abur. Se poate observa că randamentul este calculat să atingă valori
maxime pentru sarcini mai scăzute decât cea nominală (uzual cuprins în intervalul 80% - 90%).
Acest lucru ţine seama de faptul că, în timpul funcţionării, debitul de abur produs de generator
este în general mai mic decât cel nominal.
C3 - 20
Figura 3.13. – Variaţia randamentului generatorului de abur, funcţie de sarcina acestuia
(
)
în care:
Dr - debitul real de abur produs de generator în funcţionare [kg/h];
Da - debitul nominal al generatorului de abur [kg/h];
Caracteristica energetică a generatorului de abur Aceasta evidenţiază relaţia de dependenţă dintre consumul orar de combustibil şi
producţia de abur a generatorului. Se observă că, la mersul în gol există un consum orar de
combustibil ch0 la o producţie de abur nulă. Acest consum este necesar pentru acoperirea
pierderilor de căldură care nu depind de producţia de abur a generatorului. Analitic
caracteristica este dată de expresia:
[
]
în care:
ch0 - consumul orar de combustibil la mersul în gol al generatorului [kg/h];
Da - debitul nominal al generatorului de abur [kg/h];
B - coeficient a cărui valoare depinde de sarcina generatorului.
21
Figura 3.14. – Caracteristica energetică a generatoarelor de abur
top related