Analiza Bilantului Energetic al unei Centrale de Termoficare

Cuprins3CAP I. INTRODUCERE

3I.1. Generaliti

3I.2. Criterii de clasificare:

4CAP II METODOLOGIA DE CALCUL A UNUI BILAN

4II.1. Definiii

4II.2. Principiul general de elaborare a bilanului

4II.3. Structura unei lucrri de bilan

4II.4. Bilanul termoenergetic

4II.5.1. Bilan electroenergetic pentru receptoare electrice

4II.5.2. Bilan electroenergetic al elementelor de reea

4II.6 Bilanul complex

4CAP III. CENTRALE ELECTRICE

4III.1. Clasificarea centralelor electrice

4III.2. Tipuri de centrale electrice

4III.3. Elementele circuitului ap-abur

4III.3.1. Generatorul de abur

4III.3.1.1. Tipuri de generatoare de abur

4III.3.2. Cazane de ap fierbinte (CAF-uri)

4III.3.3. Turbina cu aburi

4III.3.3.1. Clasificarea turbinelor

4III.3.4. Instalaia de condensare

4III.3.5. Instalaia de ejectoare (sistemul de vid)

4III.3.6. Degazorul

4V.3.7. Instalaia de expandoare

4III.3.8. Instalaii de reducere rcire

4III.3.9. Pompele circuitului termic

4III.3.10. Sistemele de conducte

4CAP IV. RANDAMENTUL CENTRALELOR

4IV.1. Generaliti

4IV.2. Principalele metodele de mbuntire a randamentului termic

4CAP. V. STUDIU DE CAZ. BILANUL REELEI DE TRANSPORT A CLDURII DIN MUNICIPIUL FOCANI

4V.1. SCHEMA REELEI DE TRANSPORT A.F.

4V.2. Breviar de calcul

4V.3. Calculul pierderilor pe reeaua de transport

4V.3.1. Calculul pierderilor teoretice de cldur

4V.3.2. Calculul pierderilor reale de cldur

4V.3.3. Bilanul real al reelei de transport

4V. 4 Claculul pierderilor pe reelele de distribiie

4V.4.1 Determinarea pierderilor reale i teoretice pe reelele de distribuie

4V.4.2 Bilanul real annual al reelelor de distribuie

4V. 5. Concluzii privind bilanul real

4V.5.1. Analiza bilanului real pe reeaua de transport

4V.5.2. Analiza bilanului real pe reeaua de distribuie

CAP I. INTRODUCEREI.1. Generaliti

n acest lucrare este prezentat metodologia de calcul pentru bilanul energeric al unei centrale de termoficare precum i un exemplu de calcul al bilanului pentru reeaua de transport i distribuie a apei fierbini din Municipiul Focani. Lucrarea este structurat pe urmtoarele 5 capitole i anume:

Cap. I. Introducere

Cap. II. Metodologia de calcul a unui bilan. n acest capitol sunt prezentate principalele definiii ale unui bilan energetic precum i tipurile de bilanuri (bilan termoenergetic, bilan electroenergetic, bilan complex).

Cap. III. Centrale electrice. n acest capitol sunt prezentate tipurile de centrale electrice precum i elementele principale ale circuitului ap-abur.

Cap. IV. Randamentul centralelor. Pe parcursul acestui capitol sunt prezentate principalele metode de mbuntire a randamentului.

Cap. V. Studiu de caz. Bilanul reelei de transport a cldurii din Municipiul Focani. n acest capitol sunt calculate pierderile legate de transportul i distribuia energiei termice sub form de ap cald menajer i ap fierbinte.

I.2. Criterii de clasificare:

Dup conturul de cuprindere: bilan pe echipament;

bilan pe instalaie;

bilan pe secie;

bilan pe uzin;

bilan pe agent economic.

Dup felul de energie: bilan termoenergetic;

bilan electroenergetic.

Dup natura purttorilor de energie: bilanul pe combustibil;

bilanul pe abur;

bilanul pe ap de rcire;

bilanul pe ageni frigorifici;

bilanul pe aer comprimat (tehnologic, de msur i control);

bilanul pe azot i oxigen;

bilanul pe alte materiale cu rol de purttor (de exemplu: piesele calde care rezult dintr-un proces tehnologic).

Dup numrul formelor de energie: bilan simplu (termoenergetic sau electroenergetic);

bilan complex (termoenergetic si electroenergetic).

Dup coninut i etap de elaborare: bilan de proiect:

bilan de omologare:

bilan de recepie;

bilan real;

CAP II METODOLOGIA DE CALCUL A UNUI BILANII.1. Definiii

Bilan energetic reprezint metoda sistematic de urmrire i contabilizare a fluxurilor energetice. In sistemele industriale i n instalaii bilanul energetic servete la verificarea conformitii rezultatelor funcionrii cu datele de referin.

Bilan electroenergetic reprezint tipul de bilan energetic care urmrete contabilizarea fluxurilor de energie electric.

Bilan termoenergetic reprezint tipul de bilan energetic care urmrete contabilizarea fluxurilor de energie termic (inclusiv cea eliberat prin arderea combustibililor).

Bilan complex reprezint tipul de bilan energetic care urmrete contabilizarea tuturor formelor de energie ale cror fluxuri sunt monitorizate n interiorul conturului de bilan.

Contur de bilan este suprafaa imaginar nchis n jurul unui echipament, instalaie, secie, uzin, agent economic la care se raporteaz fluxurile de energie care intr, respectiv, ies din contur.

Proces tehnologic cuprinde o succesiune de activiti care concur la realizarea unui produs finit /semifinit, caracteristic agentului economic ce are n patrimoniu tot ce este n conturul de bilan analizat sau auditat.

Proces de transformare energetic reprezint procesul care are drept scop trecerea de la o form sau un purttor de energie la o alt form sau purttor de energie sau modificarea parametrilor caracteristici ai unei forme sau ai unui purttor de energie.

Proces de consum final de energie este procesul n care energia este folosit n scopul realizrii de produse neenergetice sau de prestri de servicii. Dup procesul de consum final de energie nu mai au loc transformri energetice.

Echipament este agregatul n care se desfoar un proces tehnologic.

Instalaie este obiectivul rezultat prin conectarea funcional a mai multor echipamente cu scopul de a se crea condiiile de desfurare a unui proces tehnologic complex, la sfritul cruia rezult unul sau mai multe produse, intermediare sau finale.

Secie este subunitatea administrativ-organizatoric a unei uzine (fabrici), care dispune de una sau mai multe linii tehnologice.

Uzin este unitatea administrativ-organizatoric, care reunete, dup complexitate, mai multe secii i are ca obiect realizarea unor produse finite.

Agent economic este unitatea administrativ-organizatoric cu personalitate juridic, care desfoar activitate lucrativ.

Auditor energetic autorizat este persoana fizic sau juridic care deine autorizaia de auditor energetic.

II.2. Principiul general de elaborare a bilanului

Bilanul energetic este o form practic de exprimare a principiului conservrii energiei i pune n eviden egalitatea ntre energiile intrate i cele ieite din conturul analizat pentru o anumit perioad de timp.

Energiile ieite din conturul bilanului se compun din energiile sub orice form folosite n mod util i pierderile de energie.

n mod convenional sunt considerate energie util urmtoarele:

pentru acionrile electrice: diferena dintre energia absorbit din reea i suma cantitilor reprezentnd pierderile electromagnetice i mecanice n electromotorul i mecanismul antrenat;

pentru acionrile mecanice: energia echivalent lucrului mecanic la arborele mainii de acionare;

pentru acionrile mecanice ale generatoarelor electrice: energia la bornele generatorului minus energia consumat de serviciile proprii ale grupului; pentru generatoarele de abur: energia coninut de aburul debitat n conduct, mai puin energia echivalent absorbit de serviciile proprii ale generatorului de abur; pentru procesele termice: cldura necesar pentru nclzirea, topirea, vaporizarea, uscarea materialelor dup caz, pn la atingerea parametrilor cerui prin reeta procesului tehnologic, precum i cldura absorbit de reaciile endoterme precum i cldura coninut n resursele energetice refolosibile, pe care procesul examinat le pune la dispoziia altor procese; pentru procesele de transport: energia coninut de cantitile de combustibil sau de ceilali purttori de energie rmase dup transport i operaiile de manipulare de la ncrcare/descrcare;

pentru elementele de reea electric (transformatoare, linii, bobine de reactan etc.): energia la bornele aval ale elementului considerat;

pentru procesele de sudur electric, de electroeroziune, de acoperiri metalice .a.: energia la bornele de alimentare a electrozilor; pentru iluminatul electric: energia fluxului luminos util (se preia din manuale, prospecte, buletine de ncercare etc.);

pentru procesele electrochimice (electroliz, galvanotehnic etc.): energia teoretic necesar reaciilor chimice specifice procesului, determinat prin calcul;

pentru procesele de transformare a energiei: energia obinut dup transformarePierderile de energie aferente procesului tehnologic sunt considerate urmtoarele:

cldura sensibil coninut de gazele de ardere sau/i de gazele tehnologice rezultate din proces, la temperatura cu care acestea prsesc procesul sau, dup caz, instalaia de recuperare a resursei energetice refolosibile;

cldura nedezvoltat ca urmare a unei combustii incomplete (chimic sau mecanic) aferent procesului tehnologic;

cldura pierdut (radiaie i convecie) de suprafeele exterioare ale echipamentelor;

cldura coninut n cantitile de mas care se pierd prin evaporare, purjare, drenare, decantare, reglare etc., sau prin neetaneitile instalaiei;

cldura sensibil a vaporilor evacuai n atmosfer de ctre mainile unelte (ciocane, prese), de ctre mainile termice cu piston sau de ctre conductele de nsoire (de meninere cald) a traseelor i rezervoarelor din industria chimic i similare;

cldura evacuat din proces de ctre agenii de rcire, socotit la ieirea din proces, respectiv, din instalaia de recuperare (dac exist);

cldura sensibil coninut n rebuturile de fabricaie, n deeuri, n materialele rezultate din proces ca asociate produsului propriu-zis (zgur, cenu, pulberi, balast, mas inactiv etc.) ca i cldura sensibil a produsului propriu-zis la ieirea din recuperatorul de resurs (dac exist) sau, n caz contrar, la ieirea direct din proces;

cldura coninut de resursele energetice refolosibile la ieirea din proces, respectiv din instalaiile de recuperare (dac exist);

energia electric pierdut prin efect Joule, efect Corona, ca i pierderile electromagnetice i mecanice ale motoarelor.

II.3. Structura unei lucrri de bilanO lucrare de bilan energetic are structura urmtoare:

Definirea conturului;

Caracteristicile tehnice ale principalelor agregate i instalaii coninute n contur;

Schema fluxului tehnologic;

Prezentarea sumar a procesului tehnologic (parametrii tehnici i economici);

Stabilirea unitii de referin asociate bilanului (or, ciclu, an, arj, ton);

Aparate de msur folosite, caracteristici tehnice i clasa de precizie;

Schem i puncte de msur;

Fi de msurtori;

Ecuaia de bilan;

Calculul componentelor de bilan (expresii analitice, formule de calcul);

Tabelul de bilan i diagrama Sankey;

Analiza bilanului (compararea componentelor utile i de pierderi cu cele realizate n procese i instalaii similare, de proiect, de recepie, de omologare, cunoscute pe plan intern, extern i n literatur);

Bilanul optimizat;

Plan de msuri i aciuni pentru creterea eficienei energetice;

Calculul de eficien economic a principalelor msuri stabilite;

Calculul elementelor de impact asupra mediului.

De regul, bilanul real se determin pentru urmtoarele mrimi ale sarcinii (ncrcare):

sarcin nominal;

sarcin maxim curent realizat n perioada analizat;

sarcin minim curent realizat n perioada analizat;

sarcin medie anual din perioadele de funcionare efectiv.

n cazurile n care nu se pot crea condiiile necesare executrii bilanului la sarcinile de mai sus, se aleg cel puin trei mrimi ale sarcinii, n limitele normale de variaie ale acesteia, pentru care se elaboreaz bilanul. Pentru cazul sarcinii practic constante, bilanul se execut numai pentru aceast sarcin.

n cazul n care consumurile energetice sau producia sunt influenate sensibil de anumii parametri (caracteristicile materiilor prime, temperatura exterioar etc.), bilanul se execut pentru cteva mrimi caracteristice ale acestor parametri (mrimile limit, medie, normal).

Starea tehnic i de curire a echipamentului sau instalaiei va fi, dup caz, urmtoarea:

pentru elaborarea bilanului real, echipamentul (respectiv instalaia) se va afla n stare normal (stare medie de uzur);

pentru elaborarea bilanului de omologare i a celui de recepie, echipamentul (respectiv instalaia) se va afla n stare perfect curat.

n funcie de natura procesului tehnologic, bilanul energetic poate fi ntocmit orar, pe ciclu, pe arj sau pe unitatea de produs realizat.

n scopul lurii n consideraie a ct mai multor factori care influeneaz elementele unui bilan (diversele componente ale energiei intrate n contur, ale energiei generate n contur prin reacii exoterme, ale energiei util folosite n contur, ale energiei livrate n afara conturului pentru a fi folosit n alte contururi, ale pierderilor de energie), acesta se va ntocmi pentru o perioad calendaristic mai mare, de regul un an.Pentru recepia sau omologarea instalaiilor nu se efectueaz dect bilanuri orare sau pe cicluri de funcionare; nu se execut bilanuri anuale.Determinarea mrimilor necesare elaborrii bilanului se va face pe baza msurtorilor directe. n cazul cnd o mrime nu poate fi determinat direct, dar poate fi dedus cu suficient precizie prin msurarea altor mrimi, se admite s se aplice metoda determinrilor indirecte.Unele elemente ale bilanului pot fi neglijate, dac determinarea lor comport dificulti apreciabile i reprezint mai puin de 1% din totalul energiei intrate sau ieite. Aceste elemente intr n poziia necorelarea bilanului, care nu poate depi limita de 2,5% din totalul energiei intrate.

Aparatele folosite pentru msurtori trebuie s dispun de verificare metrologic n conformitate cu normativele n vigoare.

Valorile parametrilor tehnologici i energetici cu care opereaz bilanul, ct i evenimentele aprute n perioada de msurtori se vor consemna n fie.

Elementele bilanului se vor prezenta att sub form de tabel ct i ca diagram Sankey.II.4. Bilanul termoenergeticCldura dezvoltat (eliberat) prin arderea combustibililor se calculeaz pe baza puterii calorifice a acestora, stabilit prin determinri fcute concomitent cu desfurarea msurtorilor de bilan, respectnd prevederile normativelor n vigoare referitoare la asigurarea probei reprezentative de combustibil.Observaii: n cazul combustibililor gazoi este permis stabilirea puterii calorifice (n afar de metoda calorimetric) i pe baza analizei elementare, cu folosirea cldurii de ardere a componentelor, a ecuaiei de ardere a fiecreia i a proporiilor lor n gazul combustibil. n cazul combustibililor lichizi sau gazoi, cu coninut mic de balast (O2, N2, CO2) i cu coninut de sulf sub 2%, este permis determinarea puterii calorifice pe cale indirect, pe baza analizei gazelor de ardere. Se consider coninut mic de balast cnd suma proporiilor O2 + N2 + CO2 este sub 5%. n cazul combustibililor mixti este obligatorie msurarea cantitii i determinarea direct a puterii calorifice a fiecruia.Modul de calcul al cldurii reaciilor chimice endoterme i exoterme (altele dect arderea combustibililor) se preia din literatura de specialitate privind fiecare reacie.Cldura dezvoltat de reacii chimice exoterme se consider c intr n contur, iar cldura absorbit de reaciile chimice endoterme se consider c iese din contur.n procesul tehnologic mai pot aprea i alte fenomene chimice (reducere, disociere termic) sau fizice (topire, vaporizare, condensare etc.) cu schimb de cldur. Acestea vor fi luate n consideraie cu cantitile de cldur i cu semnul corespunztor (+ pentru degajare, - pentru absorbie).Cldura chimic a materiei care intr ntr-un contur, dac aceast materie nu urmeaz s fie consumat prin combustie n cadrul conturului, ci transformat (fizic sau chimic), nu se ia n consideraie nici la intrare, nici la ieire. Dimpotriv, dac o parte din materia prim intrat se transform n cadrul procesului ntr-un produs secundar (sau n deeu) combustibil, cantitatea de cldur coninut de aceast parte, se va lua n consideraie att la intrare ct i la ieire.Coninutul de cldur al fluidelor se calculeaz ca produs ntre cantitatea de mas care trece prin punctul considerat i entalpia fluidului n acelai punct. Entalpia se gsete n tabele sau se calculeaz cu ajutorul relaiilor analitice specifice date n manualele de specialitate. n lipsa acestor date, se vor face determinri de cldur specific n laborator, n timpul msurtorilor de bilan.Este permis ca pentru hidrocarburile complexe s se calculeze cldurile specifice cu ajutorul relaiilor analitice care pornesc de la structura moleculei i de la legturile ntre atomi i/sau radicali.Pierderile de cldur prin radiaie i convecie n mediul exterior se vor stabili prin calcule.Echivalentul lucrului mecanic tehnic dezvoltat de mainile de for se va calcula ca produs ntre debitul de fluid intrat, diferena dintre entalpia acestuia la intrarea i la ieirea din main, randamentul intern al acesteia i randamentul su mecanic. Acest echivalent reprezint o cantitate "ieit" din contur.n cazul proceselor tehnologice complexe, n care echipamentele sunt conectate dup o anumit schem, pentru a forma o instalaie, identificarea intrrilor (ieirilor) responsabile de nenchiderea bilanului este facilitat de condiia c fiecare intrare trebuie s fie egal cu ieirea de la echipamentul anterior.n cazul unor diferene importante ntre totalul intrrilor i ieirilor, se vor examina eventualele omisiuni de reacii exoterme, respectiv endoterme. II.5. Bilanul electroenergeticBilanul electroenergetic se elaboreaz difereniat pentru urmtoarele tipuri de echipamente i instalaii: Receptoare electrice; Elemente de reea.Observaii: Prin receptor electric se nelege ansamblul echipamentului electric i tehnologic:- acionri electrice - motorul electric de antrenare i instalaia antrenat: moar, band rulant, pomp, compresor, maini unelte;- procese electrotermice: nclzire electric cu rezistoare, nclzire cu arc electric, nclzire cu inducie electromagnetic, nclzire cu radiaii infraroii, mpreun cu incinta nclzit;- procese de electroliz. Prin elemente de reea se neleg: linii electrice, transformatoare, bobine de reactan, instalaii de compensare a factorului de putere, instalaii de filtrare - simetrizare etc.

II.5.1. Bilan electroenergetic pentru receptoare electrice

Bilanul electroenergetic pe un contur dat presupune:

msurarea cantitilor de energie electric activ intrate n contur pe perioada de referin;

determinarea prin calcul, pe baza aparatelor de msurare a puterii, sau a msurrii simultane a curentului, tensiunii i factorului de putere, a pierderilor de energie;

stabilirea cantitilor de energie absorbite util, ca diferen a celor dou valori precedente. n majoritatea cazurilor, energia electric se transform, n cadrul conturului, ntr-o form de energie (mecanic, termic), uneori msurabil i ea, alteori nemsurabil;

n unele cazuri, energia util poate fi direct calculat (deci nu ca diferen ntre energia intrat i suma pierderilor). Exemple: energia de pompare, energia necesar compresiei;

Valorile care intervin n bilan sunt unele msurate, altele calculate, avnd fiecare erorile sale specifice de determinare;

Este permis i msurarea indirect a energiei prin intermediul mrimilor putere i timp, intervalele de citire fiind de maximum 15 minute;

n cazul receptoarelor ncrcate simetric (motoare electrice trifazate) este permis i msurarea monofazic, dup care valoarea msurat se nmulete cu numrul de faze;

n lipsa aparatelor de msurare a energiei sau a puterii, este permis i determinarea ei prin calcul, pe baza msurtorilor simultane de curent, tensiune, factor de putere i timp, intervalele fiind mai mici de 15 minute.

n cazul n care n conturul considerat funcioneaz consumatori perturbatori, n calculele de bilan electric nu este permis folosirea aparatelor de msur curente.

n asemenea cazuri, puterile se vor msura cu aparate specializate pentru regim deformant. Este permis i determinarea prin calcul a puterilor fundamentalei i armonicilor, folosind metodele analizei armonice.

Pentru msurtori executate n spaii n care sunt prezente cmpuri electromagnetice importante (electroliz, reeaua scurt a cuptoarelor electrice cu arc .a.) se vor lua msuri de protejare prin incinte Faraday att a legturilor electrice la aparate, ct i a aparatelor propriu-zise.

Indicaii privind calculul pierderilor de energie pentru diverse tipuri de receptoare electrice sunt prezentate n Anexa 3.

Pentru un grup de motoare electrice, care au funcii tehnologice asemntoare i puteri apropiate (motoarele dintr-o secie de prelucrri mecanice, motoarele dintr-o schel de extracie a ieiului, motoarele dintr-o estorie .a.), este admis folosirea noiunii convenionale de motor echivalent". El este motorul fictiv a crui putere nominal este egal cu suma puterilor nominale ale motoarelor reale pe care le cuprinde, puterea absorbit egal cu suma puterilor absorbite de motoarele individuale reale (care se citete ntr-un singur punct - la intrarea n contur) i are un grad de ncrcare :

Cu ajutorul motorului echivalent se determin suma pierderilor n motoarele individuale reale. Ca valori nominale ale randamentului i factorului de putere ale motorului echivalent se consider valorile randamentului i, respectiv, factorului de putere ale motoarelor majoritare.

Pierderile de energie n motoare electrice, se compun din pierderi electromagnetice i din pierderi mecanice.

Pierderile electromagnetice apar n cuprul i fierul motorului, iar pierderile mecanice apar att n motorul propriu-zis, ct i n mecanismul antrenat. ntruct separarea pierderilor mecanice este adesea dificil, n bilanuri aceast separare, n general, nu se mai face. Metoda de determinare a pierderilor depinde de regimul de lucru al motorului.

n cazul proceselor electrotermice i de electroliz, bilanul electroenergetic se elaboreaz innd cont i de procesele termice i chimice desfurate.

Energia electric este purttorul de baz, n timp ce cldura este folosit fie ca auxiliar, fie ca rezultat al transformrii energiei electrice. Sub aceast form ea genereaz resurse energetice refolosibile. Pentru aceste procese, energia electric intrat n contur se va stabili prin msurtori. Deoarece pe parcursul procesului energia se nglobeaz n produs i/sau n pierderi, energia util se va determina prin calcul (termotehnic, termochimic, electrochimic etc.).

II.5.2. Bilan electroenergetic al elementelor de reea

Pierderile de energie electric n liniile electrice se pot determina dup caz prin msurtori directe (linii radiale fr sarcini racordate de-a lungul lor), sau prin calcule, n funcie de configuraia liniilor i de aparatele de care se dispune. Pierderile de energie electric n transformatoare, bobine de reactan etc. se vor determina prin calcule.Pentru o staie de transformare, n bilanul electroenergetic se ine cont i de consumul de energie electric activ al serviciilor interne ale staiei (instalaii de rcire forat, compresoare de aer etc.). n acest caz, consumul de energie electric al serviciilor interne, ct i energia electric intrat/ieit din contur se vor determina prin msurtori.II.6 Bilanul complex

Reprezint cumularea celor dou categorii de bilanuri simple menionate, aplicate aceleiai instalaii, n aceeai perioad de timp. El comport transformarea n aceeai unitate de msur a energiei.CAP III. CENTRALE ELECTRICE

III.1. Clasificarea centralelor electrice

Clasificarea centralelor dup sursa de energie primar:

1. centrale care funcioneaz cu combustibili clasici (crbune, petrol, gaze);

2. centrale care funcioneaz pe baza apei hidrocentrale;

3. centrale nuclearo-electrice - folosesc ca surs de energie combustibil nuclear;

4. centrale geotermale - obin caldur din izvoarele de ap termale;

5. centrale eoliene - folosesc ca sursa de energie vntul;

6. centrale solare folosesc ca surs de energie radiaia solar.

Clasificarea centralelor dup forma energiei primare:

1. Centrale termice utilizeaz energia termic obinut pe diverse ci pe care o transform apoi de regul n energie mecanic i apoi n energie electric i termic.

a) Centrale termoelectrice clasice: - sunt centralele la care energie termic obinut prin arderea combustibililor clasici se transform n energie mecanic i apoi n energie electric:

centrale termoelectrice cu turbine cu abur (CTE, CET);

centrale cu turbine cu gaze (CTG);

centrale cu motoare diesel (CDE);

centrale cu motoare cu benzin sau gaz srac;

centrale cu motoare cu aburi i pistoni.

b) Centrale nuclearo-electrice: - sunt centrale la care energia termic se obine ca urmare a fisiunii nucleare. Exist 2 tipuri de centrale nuclearo-electrice i anume:

CNE cu turbin cu ap;

CNE cu turbin cu gaz.

c) Centrale termice (CT): - sunt folosite in scopuri industriale sau pentru inclzirea unei locuine.III.2. Tipuri de centrale electrice

1. Centrale termo-electrice (CTE) sunt acele centrale care produc numai energie electric.

Fig. II.1. Schema unei centrale termo-electrice

2. Centrale electrice i de termoficare (CET) sunt acele centrale care produc combinat energie termic i energie electric

Fig. II.2. Schema unei centrale electro-termice3. Centrale termice (CT) sunt acele centrale care produc doar energie termic4. Centrale nuclearo-electrice (CNE) sunt centrale la care energia termic se obine ca urmare a fisiunii nucleare.III.3. Elementele circuitului ap-abur

Elementele principale circuitului ap-abur sunt cele prezentate n fig. III.1.

Fig. III.1. Schema de principiu a unei centrale cu condensaie pur

III.3.1. Generatorul de abur

Generatorul de abur reprezint partea principal a instalaiei de cazane i are ca scop producerea aburului n centrale la parametrii cerui de turbin.

Din punct de vedere al proceselor de transformare pe care le sufer agentul termic, cazanul este format din: economizor, sistemul fierbtor, vaporizator, supranclzitor i supranclzitor intermediar.III.3.1.1. Tipuri de generatoare de abur

A. Generatoare de abur cu circulaie natural, (fig. III.4.)

La acestea, circulaia apei n sistemul vaporizator are loc datorit diferenei de greutate specific ntre emulsia ap-abur din evile ascendente fierbtoare i apa de alimentare din evile descendente. Cum diferena de presiune motoare, datorat acestei diferene, este relativ mic, i viteza de circulaie a apei are valori reduse i astfel se obin diametre mari ale evilor Fierbtoare, deci consumuri mari de metal, pre de cost ridicat, etc. Ca urmare, cazanele cu circulaie natural au o inerie termic ridicat, ceea ce conduce la:

cretera consumului de cldur n perioadele de pornire i durate

de pornire e mari;

procese tranzitorii mai lente, ceea ce face posibil o reglare mai uoar a cazanului;

-avnd n vedere cantitile mari de cldur acumulate, aceste cazane permit variaii mari de sarcin fr ca presiunea s scad prea mult. Aceast caracteristic este avantajoas n special n cazul centralelor de termoficare, acestea suferind n timpul funcionrii variaii mari de sarcin;

n cazanul de abur se ntlnesc circuitele mai multor fluide (ap - abur, aer, gaze de ardere, etc); funcionarea unui astfel de cazan este urmtoarea.

Apa de alimentare este introdus n economizorul (1) unde se prenclzete, dup care este adus la intrarea tamburului (2). De aici apa coboar prin evile descendente (3), situate n exteriorul focarului, ctre colectorii inferiori (4), de unde urc apoi n evile sistemului fierbtor (5). Circulaia are loc pe baza diferenei de greutate specific dintre apa rece" din evile descendente i apa mai cald" din sistemul fierbtor. n sistemul fierbtor, sub influena radiaiei, apa ajunge la fierbere i emulsia ap-abur rezultat este condus napoi la tambur, unde are loc separarea aburului de condens. Tamburul constituie i o rezerv de ap pentru alimentarea continu a cazanului Condensul nevaporizat, mpreun cu apa de alimentare, i reiau circulaia prin evile descendente ctre sistemul fierbtor, iar aburul saturat separat la partea superioar a tamburului trece mai departe n supranclzitorul (6) i apoi la colectorul final (7), de unde se alimenteaz turbina cu abur.

Fig. III.4. Cazan cu circulaie naturalCircuitul aer-gaze de ardere are urmtoarea alctuire i funcionare: aerul de ardere este preluat cu ventilatoarele de aer (8), este prenclzit n prenclzitorul rotativ (9), dup care este condus la arztoarele (10). Combustibilul (n acest caz gazul metan) este adus n magistrala (11), de unde este preluat prin ventilul (12) i trimis de asemenea la arztoarele (10). Aprinderea i controlul arderii se face cu instalaii automate. Gazele de ardere rezultate n urma procesului de ardere a combustibilului n focar parcurg apoi ntregul cazan; traseul acestora este marcat cu linie punctat, gazele de ardere fiind evacuate n final la coul de fum (15) cu ajutorul ventilatorului de gaze arse (14), dup ce prenclzesc aerul de ardere n prenclzitorul de aer (9).

Datorit existenei zonei de circulaie, la tamburul cazanului se poate practica operaiunea de purjare; din acest motiv i condiiile impuse apei de alimentare a cazanului sunt mai puin restrictive, deci ntregul proces de tratare a apei este mai puin costisitor. Aceste tipuri de cazane sunt de preferat la centralele de termoficare cu pondere mare a consumului industrial, la care i cota de ap de adaos are valori ridicate.

innd cont de caracteristicile prezentate, care sunt avantajoase termoficrii i de datele din exploatare disponibile, se poate spune c acest tip de cazan este cel mai utilizat pentru echiparea CET - urilor n vederea asigurrii continuitii n alimentare a consumatorilor de cldur (n special a consumatorilor industriali).

Cazanele cu circulaie natural lucreaz pn la presiuni de 140 bar i cu debite pn la 1400 t/h.

B. Generatoare de abur cu circulaie forat (La Mont)

La acest tip de cazane circulaia apei n sistemul vaporizator se face cu ajutorul pompelor de circulaie speciale, amplasate pe evile descendente, nainte de colectorii inferiori. Datorit disponibilului de presiune mai mare, viteza de circulaie a apei n evile fierbtoare este mai mare, ceea ce conduce la reducerea seciunii acestora, deci i la consumuri specifice de material mai mici i deci la instalaii mai ieftine.

Pompele de circulaie lucreaz la temperatura de saturaie din tambur, fiind complet integrate n sistemul de evi de circulaie. De regul, sunt folosite 4 pn la 8 pompe, care asigur un debit de circulaie de aproximativ de 5 ori mai mare dect debitul apei de alimentare.

Cazanele cu circulaie forat se realizeaz pn la presiuni de 180 bar i cu debite ce pot ajunge pn la 1700 t/h.

Schema cazanului cu circulaie forat i elementele componente ale circuitului termic sunt prezentate n fig. III.5.Fig. III.5. Cazan cu circulaie forat

C. Generatoare de abur cu strbatere Aceste cazane, numite Benson, (respectiv Ramzin n spaiul fost sovietic) se folosesc n cazul cnd este necesar abur cu parametri foarte ridicai. Ele se folosesc de regul pentru presiuni supracritice. ntr-un cazan cu strbatere, o particul de ap parcurge cazanul o singur dat, ea fiind pe rnd prenclzit, vaporizat i apoi supranclzit. Aceste cazane nu au tambur i nici colectori inferiori.

Modul de funcionare este urmtorul: apa de alimentare intr n economizor unde se prenclzete, trece n fierbtorul de radiaie FRt la ieirea cruia se obine abur saturat umed. Urmeaz apoi fierbtorul rezidual de tip convectiv, Tc, ia ieirea cruia se obine abur saturat uscat. Urmeaz apoi supranclzitorul convectiv Sc i apoi cel de radiaie SR, dup care abund este trimis la turbin.

Aceste cazane au dimensiuni foarte mari, ele avnd 3-4 drumuri de gaze. n care sunt amplasate toate elementele de circuit descrise mai sus.

Cazanele Benson necesit o presiune mare a apei la intrare i sunt pretenioase relativ la calitatea apei de alimentare, care trebuie s aib un coninut redus de sruri dizolvate n ea.

D. Cazane de ap cald i cazane de ap fierbinte

Fig. III.6. Elemente tip ale cazanelor secionale tip Metalica (i ICMA)

a-element final; b-element de mijloc; c-element frontal.

Aceste cazane echipeaz centralele termice de mic capacitate, cel mai ntlnit tip constructiv fiind tipul secional. Cazanele se realizeaz cel mai adesea din evi de oel, care se asambleaz prin sudare n cadre (seciuni) ce apoi se leag la colectoarele principale de tur i retur. Obinerea diverselor capaciti termice necesare se face prin asamblarea unui numr corespunztor de elemente secionale diferite (vezi fig. III.6.).

III.3.2. Cazane de ap fierbinte (CAF-uri)

Cazanele din aceast categorie sunt folosite pe scar larg n centralele termice pentru producerea agentului termic necesar instalaiilor de nclzire i pentru prepararea apei calde menajere. De regul ele se folosesc ca instalaii de vrf folosind ca surs de cldur combustibili superiori (gaze naturale, motorine, pcur, i chiar crbune cu putere caloric mai ridicat).

Cazanele de ap fierbinte sunt cazane de radiaie cu circulaie forat i cu tiraj natural. nclzirea apei se face de la 70 la 150C, n regimul de baz, sau de la 102 la 150C, n regimul de vrf. Schimbarea regimului de funcionare se face prin modificarea modului n care sunt legate ntre ele cele patru ecrane ale focarului (vezi fig. III.7.).

Fig. III.7. Schema de principiu a unui cazan CAF

E1,E4 ecrane ale focarului; V1,..V5 ventile de separaie; 1 record de intrare ap alimentare; 2 record ieire ap fierbinte.

n varianta de baz, ecranele E1, E2 sunt legate n serie i apoi puse n paralel cu ecranele E3, E4 (care la rndul lor sunt nseriate ntre ele). Acest mod de funcionare se realizeaz deschiznd vanele V2 - V4, respectiv V1-V5, i nchiznd vana V3 (traseul parcurs de apa ce se nclzete este figurat prin sgeile punctate).

n regim de vrf, cele patru ecrane sunt nseriate prin deschiderea vanelor V2, V3, V5 i nchiderea vanelorV1 i V4 .Traseul parcurs de ap va fi cel indicat prin sgeile trasate cu linie continu.

Cazanele de tip CAF sunt folosite pentru acoperirea sarcinilor de vrf, ele dispunnd de un numr de caracteristici avantajoase n acest scop:

nu au prenclzitoare de aer i nici ventilatoare de gaze arse, evacuarea acestora fcndu-se prin tiraj natural.

rezistena hidraulic pe partea de ap este redus, depinznd de regimul de funcionare: 29 mmH20 n regimul de baz i cca. 14 mH20 pentru cel de vrf.

nu au pompe speciale de alimentare, rolul lor fiind preluat de pompele de reea.

au posibilitatea de a funciona ntr-o plaj larg de valori ale sarcinii termice (de la 15 la 100%), reglajul fcndu-se prin modificarea numrului de arztoare n funciune. n exploatare, aceste cazane este recomandabil s lucreze cu un debit constant de ap de alimentare, debitul de cldur putnd fi modificat prin reducerea numrului de arztoare aflate n funciune.

curba randamentului la aceste cazane are o alur favorabil ea avnd valori ridicate i ia sarcini pariale. Cum aceste cazane funcioneaz n majoritatea timpului n regim de vrf, adic la sarcini pariale, utilizarea lor este de preferat cazanelor de abur echivalente (vezi fig. III.7.).

funcionarea poate avea loc n regim de baz dac temperatura apei de alimentare la intrarea n cazan nu scade sub 70C pentru gaze naturale drept combustibil. n regimurile n care apa din reeaua de retur are temperaturi mai reduse, este necesar recircularea unei pri din debitul de ap al cazanului, astfel nct temperatura apei la intrare s fie adus la valoarea cerut.

Cazanele nu pot funciona bloc cu turbina i cazanul de abur deoarece, n anumite regimuri de funcionare, ar exista riscul ca debitul de funcionare s scad sub minimul tehnic.

CAF - urile se construiesc pentru o gam foarte larg de debite nominale, de la lGcal/h pn la lOOGcal/h, utiliznd practic orice tip de combustibil.

Alegerea i dimensionarea CAF-rilor folosite n centralele termice se face innd seama de urmtoarele aspecte:

natura i parametrii agentului termic cerat de consumatorii de cldur; mrimea debitelor de cldur livrate i regimurile caracteristice de consum;

sigurana n alimentarea cu cldur, impus de consumatori;

debitele cerute de turbinele de termoficare i regimurile lor caracteristice de funcionare;

natura combustibilului disponibil.Alegerea se face pe baza calculelor tehnico-economice ce stabilesc varianta optim, iar ncrcarea lor se face urmrindu-se criteriul consumului minim de combustibil. Cum de cele mai multe ori este vorba de consumatori industriali, se pune problema instalrii unor capaciti de rezerv. Mrimea acestora se stabilete, de la caz la caz, pe baza analizei de avarie a cazanelor funcie de structura sarcinii termice i de instalarea sau nu a CAF-urilor. innd cont de posibilitatea existenei unui cazan n reparaii planificate, simultan cu unul n avarie, rezult c numrul de cazane instalate minim admis ntr-o central este n = 3.

Clasificarea cazanelor de abur se poate face dup mai multe criterii, cum ar fi:

dup modul de circulaie a agentului termic:

cazane cu circulaie natural;

cazane cu circulaie forat;

cazane cu strbatere;

dup volumul de ap coninut.

Clasificare se face n acest caz dup valoarea raportului Va / Sj, unde Va, reprezint volumul de ap exprimat n m3, iar Sj suprafaa de nclzire exprimat n m2;

cazane cu volum mic de ap, la care Va / Sj, < 0,026 m;

cazane cu volum mare de ap, la care Va / Si, > 0,026 m:

dup presiunea de lucru; cazane de joas presiune (0,7 - 6 bar):

cazane de medie presiune (6 - 50 bar);

cazane de nalt presiune (64 - 221,29 bar);

cazane cu presiune supracritic ( >221,29 bar).

Pentru a aprecia i a compara cazanele de abur, pot fi considerai urmtorii parametri de baza:

presiunea nominal - este presiunea maxim continu a aburului la ieirea din vana principal de abur, n condiiile debitului i temperaturii nominale;

presiunea maxim - este presiunea de lucru admis n elementele cazanului. La cazanele de abur cu tambur se consider presiunea din tambur, iar la cele fr tambur - presiunea de intrare n cazan; temperatura nominal - este temperatura maxim continu a aburului la ieirea din robinetul principal, n condiiile presiunii i debitului nominal; temperatura,apei de alimentare - este temperatura apei la intrarea n cazan (i funcie de tipul cazanului acest loc poate fi la economizor, tambur, etc); debitul nominal - este debitul maxim continuu de abur pe care cazanul trebuie s- asigure la temperatura i presiunea nominal; debitai minim reglat - este debitul pe care cazanul trebuie s-i asigure la presiunea p fr ca acesta s se deterioreze.

n centralele electrice, presiunile iniiale ridicate i debitele mari necesare au impus utilizarea cazanelor cu volum mic de ap, deci la care circulaia apei se face prin interiorul evilor (aa numitele cazane acvatubulare). Caracteristic acestor cazane este diversitatea de combustibili ce trebuie s poat fi ari n ele, de la combustibilii clasici la resurse energetice secundare de diverse tipuri.

III.3.3. Turbina cu aburi

Ca principiu de funcionare, turbina cu abur are rolul de a transforma energia termic coninut n abur n energie mecanic la arborele turbinei, energie care este cedat apoi generatorului electric.

Turbinele cu aburi folosite n centralele electrice sunt de o mare diversitate ca tipuri i puteri, dup scopul i destinaia lor, respectiv de antrenare a generatoarelor electrice (producerea de energie electric), sau de antrenare de consumatori de putere (pompe, compresoare de mare putere, etc.)

Turbinele cu abur sunt de regul cuplate direct cu generatorul sincron, funcionnd la turaii de 3000 rpm sau 1500 rpm.

III.3.3.1. Clasificarea turbinelor

Turbinele cu abur se pot mpri dup diverse criterii n mai multe categorii:

dup principiul de funcionare avem:

turbine cu aciune (fig. III.8.a);

turbine cu reaciune (fig. III.8.b).

dup modul de curgere a aburului:

turbine axiale;

turbine radiale;

turbine combinate.

dup numrul de corpuri:

cu un singur corp;

cu mai muite corpuri.

Clasificarea turbinelor dup principiul de funcionare

Turbinele cu aciune - sunt turbine la care destinderea aburului are loc numai n ajutaje (adic n paletele statorice).

Aburul provenit de la cazan intr prin racordul (1), de unde ajunge la roata Curtis (2) care are rol de uniformizare a debitului pe circumferina turbinei. n continuare aburul este condus n ajutajele statorice (3), fixate pe diafragmele (4), unde are loc destinderea. Urmeaz apoi atacarea cu vitez mare a paletelor rotorice, pe la partea de sus a acestora.

Paletele sunt fixate pe rotorul (5) care se etaneaz fa de carcasa turbinei prin labirinii (8). Poziia rotorului fa de stator se stabilete cu ajutorul lagrelor axiale (7). Aburul este evacuat prin racordul (6).

Turbinele cu reaciune - sunt turbine la care destinderea aburului are loc att n ajutajele statorice, ct i n paletele rotorice. Aceasta face ca numrul treptelor de destindere s fie practic dublu la turbina cu reaciune fa de cea cu aciune, lungimea total fiind aproximativ aceeai.

Curgerea aburului n turbin este n general paralel cu axa de rotaie, de unde i denumirea de turbine axiale, (exist i turbine radiale, cu curgere perpendicular pe axa de rotaie, dar folosite pentru puteri mai mici).

Turbine combinate - sunt turbine care au partea de nalt presiune cu trepte cu aciune i partea de joas presiune cu trepte cu reaciune. Turbina cu un singur corp se folosete la puteri mici (1-2 MW), la puteri mai mari de 10 - 15 MW trecndu-se la turbine cu mai multe corpuri.

Clasificarea turbinelor dup numrul de corpuri:

a - turbin cu un singur corp (fig. III.9.a);

b - turbin cu dou corpuri (de nalt presiune i de joas presiune), amplasate pe aceeai ax i parcurse de abur n sensuri contrare, astfel nct s se compenseze eforturile axiale n lagre (fig. III.9.b);

c - turbin divizat pe partea de joas presiune n dou fluxuri JP1 i JP2 (fig. III.9.c);

d - turbin divizat n 3 corpuri (P, MP i JP), cu supranclzire intermediar ntre corpurile de nalt i medie presiune i cu divizarea corpului de joas presiune n dou fluxuri, JP, i JP2 (fig. III.9.d).

Pentru grupuri de mare putere se folosesc dou axe de putere, de puteri diferite, ce pot fi la aceeai turaie sau la turaii diferite.

n fig. III.10. se prezint o turbin pe 2 axe de turaie, cu trei corpuri (nalt, medie i joas presiune), corpul de joas presiune fina divizat n 8 fluxuri. Prima ax de putere, format din corpurile de nalt putere i medie putere, are turaia de 3000 rpm, iar a doua ax de putere, ce are corpurile de joas presiune, are turaie mai redus, de 1500 rpm. Schema are dou supranclziri intermediare i este specific turbinelor cu puteri de 800 -1200MW.

Fig. III.11. reprezint un grup de mare putere, cu media presiune divizat n dou fluxuri i joasa piesiune n opt fluxuri. Corpul de nalt presiune al turbinei, mpreun cu patru din fluxurile de joas presiune sunt amplasate pe prima ax de putere, ax ce antreneaz generatorul G.

Fig. III.11. Turbin pe dou axe de putere

Corpurile de medie presiune, mpreun cu celelalte fluxuri de joas presiune sunt amplasate pe a doua ax de putere pe care este montat i generatorul G2. Ambele axe de putere au turaie ridicat - 3000 rpm. Schema este prevzut cu dou trepte de supranclzire intermediar, respectiv SI1 i SI2.

III.3.4. Instalaia de condensare

Instalaia de condensare (fig. III.12.) este format din trei elemente principale:

condensatorul propriu-zis (K);

pompele de condens baz (Pcb);-instalaia de ejectoare (Ej).

Condensarea aburului destins n turbin are loc n condensatoare, construite ca aparate de schimb de cldur de amestec - rcite cu ap, sau ca schimbtoare de cldur de suprafa - rcite cu aer.

Condensatorul (K) are rolul de a aduce aburul n faza lichid, prin condensare, iar pompa de condensat preia condensul de la condensator i l trimite mai departe la degazor prin prenclzitoarele de joas presiune. Ejectorul (Ej) este instalaia care asigur vidul naintat la condensator.

III.3.4.1. Condensatorul

Soluia cea mai frecvent aplicat n practic i folosit n exclusivitate n centralele electrice din ara noastr este cea cu condensator de suprafa rcit cu ap. Cerinele tot mai mari de ap de rcire i lipsa tot mai accentuat a acesteia ridic problema rcirii cu aer. Exist un sistem n acest sens un sistem indirect, Heller, care condenseaz aburul unui circuit nchis de ap de rcire iar aceasta se rcete ntr-un schimbtor de cldur de aer.

n cele ce urmeaz se prezint numai condensatoarele de suprafa rcite cu ap. Constructiv acestea sunt realizate din evi drepte, paralele i orizontale fixate prin madrinare ntre dou plci tubulare.

Condensatorul este plasat, n schema termic, la ieirea turbinei i are n principal rolul de a condensa aburul rezultat de la ieirea acesteia. Tot la condensator se mai aduc o serie de condensuri secundare din diverse puncte ale circuitului ap-abur, iar n timpul proceselor de pomire sau oprire a turbinei se aduce aburul de ocolire al turbinei.

Principial, condensatorul este un schimbtor de cldur de suprafa, cldura rezultat prin condensarea aburului fiind preluat de apa de rcire.

Cele dou fluide, aburul pe de o parte i apa de rcire pe de cealalt parte, circul pe trasee separate i nu se amestec.

n funcionare, condensatorul trebuie s ndeplineasc condiiile:

s menin un vid naintat, presiunea la condensator fiind de regul cuprins ntre 0,04 i 0,1 bar;

condensul rezultat la ieirea condensatorului s aib aceleai caliti, respectiv acelai coninut de gaze ca i aburul primit la intrare;

subrcirea condensatului la ieire s fie n limitele admisibile.

Prin subrcire se nelege rcirea sub temperatura de saturaie corespunztoare presiunii din condensator. De regul, se admite o subrcire uoar, pentru ca apa s nu fiarb la intrarea n pompa de condens baz.Cantitatea de cldur cedat n condensator de aburul care se rcete este:

Qc = Dk(ia-ik) = Dk(ia - tk) (4)

unde: tk ik este temperatura, respectiv entalpia condensului rezultat din abur,

ia - este entalpia aburului la ieirea din turbin;

Dk - debitul de abur ce ajunge la condensator.

n cazul n care nu are loc subrcirea condensatului, tk tsat, corespunztor presiunii din condensator.

Condensatorul este caracterizat prin multiplul de rcire:

(5)definit ca fiind cantitatea de ap necesar pentru a condensa lkg abur. Valorile uzuale pentru multiplul de rcire sunt:

m = 70-85 ia rcire n circuit deschis;

m = 40-60 la rcire n circuit nchis.

n tuul de aspiraie al pompei se creeaz, o depresiune i, dac condensul la ieirea din condensator se afl la temperatura de saturaie (corespunztoare presiunii din el), acesta ar putea s nceap s fiarb la intrarea n pomp, deoarece aici presiunea este ceva mai mic i corespunztor i temperatura de saturaie este mai mic.

Bulele de vapori care s-ar forma ar duce la apariia fenomenului de cavitaie cu efecte nedorite asupra pompei. Acesta este motivul pentru care se impune realizarea subrcirii la condensator. Subrcirea are efecte negative asupra randamentului termic deoarece implic creterea consumului de combustibil pentru nclzirea condensatului.

Pe lng condensarea aburului din circuitul principal, condensatorule este astfel dimensionai nct s poat prelua i o parte, sau chiar tot aburul din conducta de abur, la declanarea turbinei: altfel, acest abur s-ar pierde n aer prina rci aburul i n perioadele de pornire - oprire a turbinei.

Schema unui condensator este prezentat in fig. III.13.Apa de rcire intr n racordul (1) n camera de intrare (5), de unde este distribuit evilor (3). n aceste evi apa se nclzete pe seama cldurii dezvoltate prin condensarea aburului, apoi este colectat n camera de ieire (6) i evacuat prin racordul (1') la turnurile de rcire.

Aburul vine de la turbin prin racordul (2), trece prin spaiul dintre evi i manta unde condenseaz i este subrcit, dup care prin racordul (2') este evacuat, condensul fiind preluat de pompa de condens baz Pcb.

Fig. III.13. Schema unui condensator

evile de rcire sunt fixate la capt prin mandrinare sau prin sudare la plcile tubulare (7). Racordul (4) este folosit pentru cuplarea condensatorului cu instalaia de ejectoare ce are drept scop realizarea i meninerea vidului dorit la condensator.

Pentru a se reduce temperatura de condensare t, evile condensatorului trebuie s aib un coeficient de schimb de cldur ct mai bun; ele sunt construite din alam, au diametre interioare cuprinse obinuit ntre 18 i 24 mm i grosimea peretelui de 1-1,5 mm.

Condensatoarele pot fi cu unul sau cu dou drumuri de ap, cele cu dou drumuri de ap fiind soluia cea mai uzual la unitile cu puteri pn la 200 MW. La mainile foarte mari se folosesc condensatoare cu un singur drum de ap, pentru ca s nu se ajung la diametre exagerat de mari.

ntre turbin i condensator i m condensator, aburul trebuie s aib o cdere minim de presiune. Din aceast, cauz condensatoarele sunt instalate n imediata apropiere a corpului de joas presiune a turbinei, cu axul paralel cu axul turbinei sau perpendicular pe acesta. La turbinele cu mai multe fluxuri, se poate construi cte un condensator pentru fiecare flux de abur sau un singur condensator comun pentru mai multe fluxuri.

n cazul condensatoarelor longitudinale, numrul lor poate fi egal cu dou, iar pentru a micora nlimea grupului, unii constructori au folosit construcia integrat, cu condensatoarele laterale n raport cu turbina.

Pe partea de ap, condensatoarele sunt de obicei divizate n dou pri n care circulaia apei se poate opri n mod independent, pentru curare.

n exploatare se pun dou condiii principale pentru condensator:

- etaneitatea volumului de abur fa de apa de rcire;

- meninerea suprafeei interioare a evilor n stare curat pentru a avea o valoare ridicat a coeficientului de schimb de cldur.

III.3.5. Instalaia de ejectoare (sistemul de vid)

n condensator exist n mod teoretic vidul corespunztor presiunii de saturaie a aburului la temperatura de condensare; odat cu aburul, n condensator ptrund i gaze necondensabile. Acestea sunt formate din aer provenit din neetaneitile circuitului ap-abur i azot, respectiv vapori de amoniac provenii ca efect al tratrii chimice a apei din cazan. Gazele se acumuleaz n zonele laterale ale condensatorului i determin creterea presiunii , prezena lor fiind nedorit. Pentru meninerea vidului n condensator se folosete o instalaie de extragere a gazelor.

Extragerea gazelor se face n urmtoarele moduri:

cu ejectoare cu abur n dou sau trei trepte;

cu ejectoare cu ap; cu pompe rotative de vid; cu pompe rotative de vid n serie cu un ejector cu abur.De obicei se folosete un ejector cu abur cu o singur treapt, cu debit mare, dar care realizeaz numai un vid parial (fig. III.14.).

Schema unei instalaii de ejectoare cu abur cu o treaptFuncionarea unui ejector cu abur este urmtoarea: prin ajutajul (1) se introduce ap sau abur cu presiune ridicat, captul ajutajului este ngustat ceea ce face ca viteza jetului la ieire s creasc i corespunztor s se micoreze presiunea static, deci n jurul jetului se formeaz o depresiune ce are ca efect aspiraia gazelor din condensator prin conducta (3). Aceasta trece apoi prin tubul difuzor - confuzor (2), la ieirea cruia, datorit seciunii mrite, viteza sa se micoreaz i corespunztor presiunea crete, devenind la un moment dat aproximativ egal cu presiunea atmosferic.

Ieirea difuzorului se face n condensatorul ejectorului Kej , unde se realizeaz condensarea aburului, att a celui primit de ejector ct i a celui antrenat din condensul principal.

Fig. III.14. Instalaie de ejector cu o treapt

Rcirea condensatorului ejectorului se realizeaz cu condensul principal rezultat la ieirea condensatorului principal K. Condensul secundar este returnat prin conducta (5) la condensator, iar gazele sunt evacuate prin racordul (4) n atmosfer. De regul, un simplu ejector poate realiza o depresiune maxim de 0,1 ata. Pentru a realiza o depresiune mai mic (valorile obinuite sunt 0,04 ~ 0,08) se folosesc instalaii de ejectoare n 2-3 trepte.

III.3.6. Degazorul

Degazoarele sunt aparate destinate eliminrii din apa de alimentare sau de adaos a gazelor agresive, ca oxigenul i bioxidul de carbon, care pot produce coroziunea prilor metalice componente ale instalaiei. Degazarea poate fi:

degazare termic:

la rece, sub vid; la presiune atmosferic; sub presiune (de regul de ordinul 4 - 8 bar).

degazare chimic

Degazarea termic are loc prin nclzire, datorit reducerii solubiiitii gazelor odat cu ridicarea temperaturii lichidului.

Solubilitatea gazelor n ap este funcie de presiune i temperatur. Ea scade odat cu creterea temperaturii, pentru o presiune constant, i atince valoarea zero la punctul de fierbere; nclzirea se face cu abur, care n acest caz se amestec cu apa. Pentru a se realiza un amestec ct mai bun i o nclzire uniform este necesara livrarea curentului de ap n uvie foarte fine sau pulverizarea fin a acestuia. Din acest punct de vedere, degazoarele pot fi:

- degazoare cu site i uvie;

- degazoare cu carier de pulverizare.

III.3.7.1. Degazoare cu site i uvie

Exist mai multe degazoare de acest fel care se deosebesc prin amplasarea sitelor, numrul lor i modul de introducere a aburului.

Fig. III.15 Schema degazorului cu site i uvie

1 rezervor; 2 dom de abur; 3 regulator de presiune; 4 regulator de nivel; 5 ventil abur; 6 ventil ap adaos; 7 taler distribuitor; 8 conduct barbotare abur cu duze.

Aparatul este format dintr-o coloan cilindric vertical (dom), situat deasupra rezervorului de ap de alimentare (fig. III.15.).

Apa este introdus printr-o conduct n domul de degazare (2), fiind distribuit n talerele gurite (7), din care apoi apa se scurge sub forma unor uvie din taler n taler. n contracurent cu apa circul aburul, care este introdus pe la baza domului de degazare. Cu cldura primit de la abur, apa ajunge la temperatura de saturaie, gazele ce o prsesc fiind evacuate pe la partea superioar a coloanei de degazare; odat cu aceste gaze prsete coloana de degazare i o mic cantitate de abur.

O parte din cldura coninut n amestecul abur-gaze poate fi cedat apei de alimentare, ntr-un schimbtor de cldur de suprafa, numit rcitor de eapri. Apa degazat este colectat la partea inferioar a coloanei de degazare, ntr-un rezervor (1). Pentru a se evita redizolvarea gazelor, apa din rezervor se menine la temperatura de saturaie prin injectarea de abur (conducta 8 cu duze).

Degazorul este realizat din oel inox, pentru a evita aciunea agresiv a oxigenului i bioxidului de carbon.

Degazarea se poate face la presiune constant sau alunectoare.

V.3.7. Instalaia de expandoare

Cazanele de abur cu tambur (cu circulaie natural i cu circulaie forat) au ca element component tamburul (vezi paragraful 2.1.3.1 - generatorul de abur). Pentru a mbunti calitatea apei din cazan, la nivelul tamburului, ca i al colectorilor inferiori, se practic operaiunea de purjare.Purjarea reprezint operaiunea de extragere a unei pri din debilul de ap din cazan, din acele zone unde concentraia n sruri este mai ridicat.

Purjarea se face de regul la tamburul cazanelor cu circulaie, de la suprafaa de separaie dintre ap i abur, purja va fi deci la saturaie i, corespunztor presiunii din tambur, va avea un mare coninut de cldur. Debitul de purjare este 2 - 4% din debitul nominal al cazanului.

Rolul instalaiei de expandoare este de a prelucra apa rezultat n urma purjrii cazanului n scopul recuperrii unei pri din cldura Fig. 2.17. Expandorconinut precum i a unei pri din condensat.

Funcie de locul din care are loc prelevarea apei din cazan purjarea poate fi:-purjare continu - care se practic la tambur;-purjare intermitent - care se practic la colectorii inferiori.n fig 2.17 se prezint un expandor de tip Atlas. Apa fierbinte preluat din cazan, creia i s-a redus presiunea prin intermediul robinetului de laminare (RL1), este introdus prin racordul (2), tangenial la vasul cilindric al expandorului (1). Presiunea din expandor fiind mai mic dect cea Fig. 2.18. Expandor n dou trepte

corespunztoare temperaturii de saturaie a apei admise, aceasta va ncepe s fiarb; aburul rezultat urc prin cilindrul metalic interior (3) i trece printr-un filtru de abur (4), prevzut cu drcnul (5) i racordul de evacuare a apei de drenare (8): aburul este apoi evacuat pe la partea superioar (racordul 6) la un prenclzitor din circuitul principal ap-abur. RL1 Condensul cu concentraie mare de sruri este evacuat pe la partea inferioar (7).

De regul, se folosesc instalaii de expandare n dou trepte, prima treapt (EX1) fiind alimentat cu ap de purjare, iar a doua (EX2) cu condensul de la prima treapt (fig. 2.18). Pentru cele dou trepte de expandare se pot scrie relaiile (2.4) pentru bilanul termic i masic: , 2 ecuaii (4), 2 ecuaii

Pornind de la aceste relaii i innd cont de notaiile din fig. 2.18, rezult urmtoarele relaii:

(5)

(6)unde: Dpj - debitul total de purjare a cazanului;

Dpj1,Dpj2- debitele de abur rezultate din cele dou trepte; Dcpj1,Dcpj2- debitele de condensat ale treptelor;

ipj - entalpia apei de purjare la intrarea n expandor, corespunztoare presiunii din cazan;

iapj1,iapj2 - entalpiile aburului saturat, corespunztoare presiunilor din cele dou trepte de expandoare;

icpj1,icpj2 - entalpiile condensului saturat, corespunztoare presiunilor din cele dou trepte de expandoare;

ex1, ex2 - randamentul cele dou trepte de expandoare.

Prin folosirea expandorului se poate recupera 30 - 50 % din cldura coninut n purj, aburul astfel recuperat fiind reintrodus n circuitul principal al centralei la prenclzitoarele de nalt presiune.

III.3.8. Instalaii de reducere rcire

Instalaiile de reducere - rcire (IRR) au rolul de a reduce - prin laminare -presiunea aburului pn la valoarea cerut de consumator, micornd totodat i temperatura aburului prin injecii de ap rece. IRR-urile se folosesc n centrale pentru alimentarea cu abur a consumatorilor n urmtoarele situaii:

a.- cnd presiunea aburului solicitat de acetia este diferit de presiunea disponibil la prizele turbinei. Dac presiunea solicitat este mai mare dect presiunea disponibil la priz, alimentarea se face prin IRR direct din bara de abur viu a cazanului. Dac presiunea solicitat este mai mic dect cea disponibil la priz, alimentarea se face prin IRR racordat la o priz a turbinei.

b.- alimentarea cu cldur n regim de vrf, IRR acoperind diferenele de consum de abur ce nu pot fi preluate de la prizele sau de la contrapresiunea turbinei.

c.- realizarea unei rezerve n alimentarea consumatorilor de mare importan (de exemplu la avaria turbinelor de termoficare).

d.- la centralele cu condensaie, IRR - urile se folosesc pentru alimentarea, n perioadele tranzitorii de oprire i pornire a centralei, a consumatorilor interni (degazoare, prenclzitoare pcur, etc.) la parametri constani.

n primul caz, (a), IRR-ul se dimensioneaz pentru debitul maxim de abur DM pe care urmeaz s-i livreze. Rezerva acestor IRR se realizeaz, funcie de condiiile impuse de consumatori, tot sub forma de IRR care se dimensioneaz pn la 100% din sarcina consumatorului.

n regim de vrf, (b), IRR-ul se dimensioneaz pentru a prelua diferenele de debit de abur ntre debitul maxim cerut de consumator DM i debitul nominal al turbinei ce face alimentarea n regim normal, Dnt:

DnlRR = DM-Dnt [kg/s] (6)

IRR - ul va funciona periodic, i anume atunci cnd consumul momentan de abur D va fi mai mare dect debitul nominal al turbinei, deci el va furniza debitul:

DIRR=D Dnt [kg/s] (7)

Atunci cnd IRR-uI este destinat ca o rezerv pentru cazurile de avarie a turbinei (c), el se dimensioneaz pentru debitul de abur DnIRR aproximativ egal cu valoarea maxim a debitului livrat de una din turbine (DMt)i .Din punct de vedere energetic, funcionarea IRR-ului nu este recomandabila, deoarece procesul de laminare a aburului nu produce energie electric, conducnd astfel la un mod neraional de utilizare a combustibilului.

n fig. III.16. este reprezentat schematic o instalaie de reducere rcire.

Reducerea presiunii se realizeaz cu ajutorul ventilului de reglaj prin laminare (1) instalat ntre ventilele de nchidere de nalt i de joas presiune (2). Deschiderea ventilului (1) este determinat de regulatorul de presiune (3) care menine n aval o presiune constant, independent de debitul de abur solicitat sau de presiunea amonte. La micorarea presiunii pe conducta de joas presiune, ventilul de reducere se deschide, restabilind valoarea presiunii.

Temperatura aburului dup laminare are o valoare apropiat de cea a aburului din amonte (deoarece procesul de laminare are loc teoretic la entalpie constant). Rcirea aburului se face prin injectarea de ap rece (5), aflat la o presiune mai mare dect presiunea aburului laminat; n prima camer a vasului de amestec (4). Apa se pulverizeaz prin ajutaje, iar debitul ei se regleaz cu ajutorii regulatorului de temperatur (6), funcie de temperatura din aval. O parte din debitul de ap () se vaporizeaz, micornd astfel temperatura aburului; surplusul de ap nevaporizat este drenat din cea dea doua camer a IRR-ului i evacuat prin oaia de condens (7).

Fig. III.16 Instalaie de reducere rcire

1 redactor de presiune; 2 ventile de nchidere; 3 regulator de presiune; 4 vas de amestec; 5 injecie de ap; 6 regulator de temperatur; 7 evacuarea apei din vasul prin oal de condens; 8 supap de siguran.

Instalaia se doteaz de regul cu o supap de siguran (8) pe partea de joas presiune, la ieirea aburului din IRR.

Calcului termic al instalaiile de reducere rcire se face scriind ecuaia de bilan de cldur conform notaiilor din fig. III.17 (debitele sunt considerate n mrimi relative):

Fig. III.17 Bilanul termic al IRR[l]i1 + [z]i3 = [l+z]i2 + [(l-)z]i4 (8)

unde: p - factorul de vaporizare a apei de injecie; [1] - debitul relativ al aburului de alimentare; [z] - debitul relativ de ap de injecie; i1 - entalpia aburului de alimentare; i2 - entalpia aburului livrat la ieirea IRR; i3 - entalpia apei reci de injecie; i4 - entalpia condensului rezultat.

Din relaia (8) se determin debitul relativ de ap de injecie - [z],

[kg/kg] (9)

Se scriu n continuare ecuaiile de bilan masic (10) dup care se exprim debitele de abur de alimentare D1, de ap rece D3, respectiv de condens secundar funcie de debitul cerut de consumator D2.

D1 + D3 = D2 + D4

D3 = [z]D, (10)

D4 = (l-)D3

Rezult deci c: D1(l +[z]) = D2 + (l-)D1 , i apoi se exprim toate debitele din schem n funcie de debitul D2 de la consumator, considerat cunoscut.

(11)

n ventilul de laminare al instalaiei de reducere rcire iau natere viteze ridicate i, ca urmare, aceste instalaii produc un zgomot de nalt frecven. Din acest motiv este necesar izolarea lor fonic i termic.III.3.9. Pompele circuitului termic

Sunt echipamente folosite pentru vehicularea fluidelor din diversele circuite ale unei centrale. Principalele pompe folosite n circuitele unei centrale sunt prezentate.III.3.9.1. Pompele de alimentare

Pompele de alimentare au rolul de a alimenta cazanul cu ap la presiunea necesar introducerii n cazan. De regul se folosesc pompe centrifugale multietajate de mare presiune, ele funcionnd la temperatur ridicat, egal cu temperatura apei aspirate din degazor (140-180C). nlimea total de pompare Ht are expresia:

Pompele de alimentare constituie cel mai important consumator al serviciilor interne ale centralei, ntreruperea funcionrii lor avnd consecine grave asupra cazanului.

Ht = Hg + Hm + Hr (m col. H20) (12)unde: Hm - nlimea manometric de refulare a pompei, n m;

Hg - nlimea geodezic, dat de diferena nivelelor ntre degazor i intrarea n cazan (la economizor);

Hr - nlimea corespunztoare rezistenei de curgere a apei ntre degazor i cazan.

Dac se noteaz cu Dal (kg/s) debitul pompei, atunci puterea necesar pompei va fi:

[kW] (13)

unde:

p - este diferena de presiune, n bar;

p - randamentul pompei de alimentare (0,65-0,75 pentru uniti mici i 0,75-0,83 pentru uniti mari).

Presiunea de refulare pal se alege n funcie de presiunea p1 a aburului supranclzit. Pompele trebuie s aib n general o rezerv de presiune de 10 % fa de presiunea de abur, plus toate rezistenele hidraulice dintre pomp i ieirea din supranclzitor. Pentru calcule preliminare, presiunea de refulare a pompei este cuprins ntre 1,25 p1 (la cazanele cu circulaie naturala) i 1,5 p1 (la cazanele cu circulaie forat).

III.3.9.2. Pompele de condens baz

Au rolul de a prelua condensul din condensator i de al refula la degazor prin circuitul de prenclzire.

nlimea total de refulare a pompei de condensat, H, exprimat n metri coloan de ap, se determin cu relaia :

H=Hm + Hg + Hr (14)

unde Hm - este nlimea manometric de refulare a pompei, n m.

[m] (15)

unde: masa specific apei, n kg/m3;

pd, pc presiunile n degazor i condensator, n bar;

sau

[m] (16)

- greutatea specific, n kgf/dm3;

pd, pc - presiunile n degazor i condensator, n bar.Hg - nlimea geodezic este dat de diferena de nivel ntre degazor i oglinda apei n condensator:

Hg = hd hc (17)

Hr - este nlimea corespunztoare rezistenei de curgere a apei ntre condensator i degazor (n mod obinuit Hr = 20-30 m).Debitul pompat de pompa de condensat principal va fi:

[kg/s] (18)

unde: Dc este debitul masic de abur n condensator, n kg/s;

- debitul specific de condensate de la prizele de joas presiune care se scurge n condensator;

Dcj - debitul de condensat de la ejector, n kg/s.

Puterea pompei va fi deci:

[kW] (19)

unde p este randamentul pompei.

Pompa de condensat este o pomp multietajat (3-4 etaje), i ea trebuie s fie aezat sub nivelul apei din condensator deoarece preia apa la temperatura de saturaie. Puterea pompelor de condensat depete 100 kW, alimentarea motoarelor electrice asincrone de antrenare fecndu-se la 6 kV.

III.3.10. Sistemele de conducte

Schema circuitului termic al unei centrale se realizeaz prin conectarea diferitelor aparate i echipamente cu ajutorul sistemelor de conducte. Tipul de schem termic determin diferitele trasee de conducte, care se pot clasifica astfel:

a. conducte principale;

b. conducte auxiliare.

n categoria conductelor principale intr conductele de abur, de nalt i joas presiune, conductele de ap de alimentare, precum i conductele de alimentare cu abur i ap a consumatorilor termici.

n categoria conductelor auxiliare intr conductele de abur de pornire, conductele de purjare, conductele de drenare, aerisire, golire, etc.III.3.10.1. Conductele principale de aburAcestea fac legtura dintre cazan i turbin fiind conducte de nalt presiune i temperatur.

Calculul conductelor de abur urmrete determinarea diametrului interior i a grosimii pereilor. Pentru determinarea diametrului conductelor se pornete de la ecuaia debitului:

D = Sw (20)

unde: - densitatea apei;

S - seciunea interioar a conductei, ;

w - viteza de curgere;

D - debitul transportat.

Din calcule rezult pentru diametrul conductei relaia: (21)Funcie de valoarea lui d dat de relaia (21), se alege din tabele diametrul nominalizat imediat superior dn.

Grosimea pereilor conductei se determin cu relaia:

(22)

unde: p - presiunea aburului; a rezistena admisibil;

dn - diametrul normalizat; - adaos de coroziune.

CAP IV. RANDAMENTUL CENTRALELOR

Randamentul unei centrale termice este mrimea care ne indic cel mai clar rentabilitatea acesteia; practic, prin randamentul global i apoi prin randamentele elementelor componente ale circuitu1ui termic se stabilesc i metodele prin care eficiena global poate fi crescut.

IV.1. Generaliti

Necesitatea economic de a micora costul electrice, reducnd consumul de combustibil impune analiza tuturor cilor de mbuntire a randamentului. Aceast mbuntire se poate face att prin adoptarea de puteri unitare ct mai mari, ct i urmrind optimizarea fiecrui randament parial. Dintre randamentele pariale, valoarea cea mai redus o are randamentul termic.

Expresia cea mai general a randamentului termic al unei centrale este:

=ccdttimgSI (23)unde: c - randamentul cazanului; cd - randamentul conductelor;

tt - randamentul, termic teoretic al turbinei, dat de relaia:tti=tr (24)- unde: tr - randamentul termic real al turbinei;

- i - randamentul intern al turbinei;

- m - randamentul mecanic al turbinei;- G - randamentul generatorului electric;- SI- randamentul serviciilor interne, care este dat de relaia:

(25) Cd - randamentul conductelor.

S considerm un circuit termic simplificat, de forma celui din fig. IV.1, pentru care vom scrie expresia general a randamentului termic

(26)

(27)

Fig. IV.1. Schema simplificat a unui circuit termic

Din analiza relaiilor (1.29) i (1.30) se pot trage concluzii legate de metodele de cretere a randamentului termic. Astfel, din relaia 2 rezult c pentru creterea randamentului termic % trebuie majorat cantitatea de cldur Qc intrat n circuitul termic la cazan, i trebuie redus cantitatea de cldur Qp evacuata la condensator.

IV.2. Principalele metodele de mbuntire a randamentului termic

1.- metode care urmresc mrirea lui Qc;

ridicarea parametrilor iniiali ai aburului - se va considera separat influena celor doi parametri, meninnd pe rnd presiunea i apoi temperatura constant. Prin creterea temperaturii iniiale la presiune constant suprafaa util a ciclului termic se majoreazFig. IV.2. Creterea randamentului prin ridicarea temperaturii iniiale

Prin creterea temperaturii iniiale apar urmtoarele consecine:

a.volumul specific al aburului crete concomitent cu scderea rezistenei admisibile a oelurilor, ceea ce are ca efect creterea importan a greutii i costuiui conductelor;b.se rednee umiditatea final a aburului la ieirea turbinei, punctul final deplasndu-se spre dreapta;

c.efectul negativ este creterea volumului specific al aburului, de unde i mrirea dimensiunilor conductelor i preul lor mai ridicat.

Creterea presiunii are urmtoarele efecte secundare:

a.crete umiditatea final a aburului (deoarece titlul aburului scade prin deplasarea punctului final al destinderii din 2 n 2';

b.se micoreaz volumul specific al aburului ceea ce conduce la reducerea diametrului conductelor de abur viu i deci la reducerea costului acestora;

c. prin creterea presiunii iniiale pi se mrete i consumul de putere pentru pompa de alimentare si astfel se reduce efectul total util.

Efectele celor dou metode de cretere a randamentului expuse mai sus sunt contradictorii: din acest motiv se aleg perechi de valori presiune -temperatur iniial astfel nct s se obin un randament termic maxim iar efectele secundare s se compenseze reciproc.- supranclzirea intermediar - Supranclzirea intermediar este o metod de mrire a randamentului care realizeaz simultan i o uscare a aburului din turbin. Ea const n introducerea unor cantiti suplimentare de cldur ntre dou trepte de descindere a aburului (vezi fie. IV.3); n acest scop, dup o prim destindere parial a aburului, acesta este extras din primul corp al turbinei (T1) i condus la un schimbtor de cldur - supranclzitorul intermediar (SI), aflat la cazan sau separat de acesta unde aburul se nclzete, dup care i continu destinderea n celelalte corpuri ale turbinei (T2).

Fig. IV.3. Circuit termic cu supranclzire intermediar

Dac ciclul termic folosete o presiune n domeniul supracritic supranclzirea intermediar se poate repeta fr ca ieirea aburului la condensator s depeasc curba de saturaie: o a doua supranclzire intermediar aduce ns un avantaj mai redus dect primul.

Ciclul cu dubl supranclzire intermediar se justific economic numai n urmtoarele condiii:

putere unitar mare i presiuni supracritice; funcionarea centralei n regim de baz al curbei de sarcin;

combustibil scump.

n ceea ce privete creterea randamentului, prezena supranclzirii intermediare duce la creterea ariei utile prin introducerea suplimentar n circuitul termic a unei cantiti de cldur. ciclul de abur suprapus;

- ciclul binar (cu dou fluide);2. - metode care urmresc micorarea lui Qp ;reducerea presiunii la condensator - Scderea presiunii la condensator nu se poate face orict deoarece, la un moment dat, cheltuielile legate de meninerea vidului pot depi efectele pozitive ale creterii randamentului. n instalaiile din centrale presiunea la condensator este cuprins ntre 0,04 i 0,08 bar; valoarea de 0,04 bar este presiunea pentru regim de iarn, iar 0,08 bar presiunea pentru regim de var.

Presiunea la condensator este influenat de temperatura apei de rcire, dat de condiiile atmosferice i este mai sczut iarna dect vara.prenclzirea apei de alimentare - Prenclzirea regenerativ este un procedeu prin care se mrete temperatura apei de alimentare nainte de intrarea acesteia n cazanul de abur. Aceasta se realizeaz prin schimb de cldur pe suprafa sau de amestec cu aburul prelevat de la prizele turbinei.

Prenclzirea regenerativ se face n circuitul termic cu ajutorul prenclzitoarele de joas i nalt presiune, existente n circuitul termic al oricrei centrale. Aceste prenclzitoare, cuplate n baterii de prenclzitoare, sunt alimentate cu abui de la prizele turbinei, fiind constituite n prenclzitoare de nalt presiune (PIP) i prenclzitoare de joas presiune (PJP). Un caz aparte l reprezint degazorul, care este un prenclzitor de amestec, alimentat tot cu abur de la o priz a turbinei.

Ca poziie n schema termic, PIP-urile i PJP-urile sunt separate de degazorul D, care determin astfel i nivelele de presiune la care lucreaz cele dou tipuri de prenclzitoare:

PJP - lucreaz pn la presiuni de maxim 10 bar - valoarea maxim a presiunii de lucru din degazorul D; PIP - lucreaz la presiuni de ordinul zecilor - sutelor de bari, funcie de presiunea de refulare a pompei de alimentare (PA).

Efectele prenclzirii regenerative

Folosirea prenclzirii regenerative are urmtoarele efecte: Se micoreaz debitul de abur n corpul de joas presiune al turbinei i la condensator, pn la aproximativ 55-60% din debitul de intrare. De aici rezult reducerea dimensiunilor acestora i deci economii la investiii;

Se mrete debitul hidraulic al cazanului, dar, deoarece apa intr n cazuri cu o temperaturii mai mare, se micoreaz cantitatea de cldur schimbat n izari, ceea ce duce la micorarea dimensiunilor cazanului;

Se mrete debitul de abur n corpul de nalt presiune al turbinei, deci se mrete randamentul intern al acestui corp;

Crete consumul serviciilor interne datorit creterii puterii necesare pompei de alimentare, deoarece apar rezistene hidraulice suplimentare pe traseu ca urmare a apariiei prenclzitoarelor. Puterea necesar la pompare poate crete cu 40 ...50 %;

Cresc investiiile legate de instalarea noilor trepte de prenclzire;

Scade randamentul cazanului, deoarece apa de alimentare intr cu o temperatur ridicat i ca urmare i temperatura de evacuare a gazelor de ardere va fi mai mare (acest efect poate fi contracarat prin folosirea prenclzitoarelor de aer, care conduc la scderea temperaturii de evacuare a gazelor de ardere).termoficarea - Termoficarea nseamn alimentarea centralizat cu cldur produs combinat i simultan cu energia electric. Combinarea cele dou produse (abur i energie electric) i concentrarea utilajelor conduce la cteva avantaje:

se reduce consumul de combustibil pe totalul produciei;

se pot utiliza i combustibili inferiori pentru termoficare; se reduce poluarea;

crete randamentul global al centralei;

cldura este livrat printr-un sistem centralizat de distribuie, prezentnd avantajele continuitii, economicitii i confortului la folosire.

Termoficarea conduce la creterea randamentului ciclurilor termice deoarece prin cldura furnizat de la priz sau de la contrapresiune (ctre un consumator termic) se mrete cldura util a ciclului termic, deci implicit i randamentul. Termoficarea poate fi echivalat, ntr-un anumit fel, ca efect asupra randamentului, cu prenclzirea regenerativ, aceasta din urm numindu-se, de altfel, i termoficare intern.

Pentru a demonstra creterea de randament n cazul termoficrii se consider un ciclu termic cu condensaie pur (123451) i un ciclu termic cu contrapresiune (12'3'451) - vezi fig. IV.4. La al doilea ciclu termic, destinderea aburului n turbin se oprete la o presiune ridicat (cteva atmosfere), dup care tot debitul de abur este trimis la consumatorul termic.

Conform notaiilor din figur, randamentul termic teoretic, n cazul ciclului termic cu condensaie va fi:

(28)

n cazul ciclului termic cu contrapresiune, randamentul termic teoretic va fi dat de relaia:

(29)

Se observ c, dac neglijm pierderile pe conducte i dac considerm adiabatic destinderea aburului, rezult: (30) Fig. IV.4. Creterea randamentului prin termoficare

CAP. V. STUDIU DE CAZ. BILANUL REELEI DE TRANSPORT A CLDURII DIN MUNICIPIUL FOCANIReeaua primar de transport din municipiul Focani alimenteaz consumatorii de nclzire - urbani sau industriali - prin intermediul a trei magistrate, respectiv magistrala CENTRU, magistrala BUCEGI i magistrala SUD. Apa cald (cu temperaturi cuprinse ntre 125-70 C) este transportat la punctele termice prin 28,27 km conducta dubl cu diametre nominale cuprinse ntre 50 i 700 mm. Reeaua primar de transport apa fierbinte alimenteaza 53 puncte termice urbane i 18 puncte termice industriale.Bilanul reelei de transport se ntocmete pornind de la calculul pierderilor teoretice de cldur n tronsoanele conductelor, n regim de iarna (cnd prin conduct se transport apa fierbinte necesar nclzirii i producerii de ap cald menajer) i n regim de vara (cnd prin conduct se transport ap fierbinte necesar doar producerii de ap cald menajer).Lungimea traseelor de conducte, precum i seciunile acestora sunt prezentate n tab. 5.1.Tab. 5.1 Diametre i lungimi tronsoane reea de transport

Diametru[mm]

Lungime[m]

40

100

50

313

65

390

80

1105

100

2046

125

1100

150

3265

200

4514

250

3918

300

6022

400

2020

500

3363

700

120

TOTAL

28276

V.1. SCHEMA REELEI DE TRANSPORT A.F.

Parametrii constructivi ai reelei de transport sunt prezentai n tab. 5.1. n fig. 5.1 este prezentat schema reelei de distribuie, schema ce este pus la dispoziia beneficiarului i n format electronic. n acest mod, beneficiarul va putea introduce n schem, n mod continuu, modiflcrile ce se fac privitor la structura acesteia.n schem sunt introdui, sub forma de mici tabele amplasate n dreptul fiecrui punct termic, parametrii acestuia, respectiv sarcina termic de nclzire i sarcina termic pentru apa cald menajer precum i debitele de ap flerbinte necesare pentru acoperirea celor dou sarcini termice, respectiv pe nclzire i pe ap cald menajer.

Necesar de cldur ptr. nclzire

Debit de ap flerbinte necesar ptr. nclzire

Necesar de cldur ptr. apa cald menajer

Debit de ap flerbinte necesar ptr. preparare ap cald menajer

n mod similar, n dreptul fiecarui tronson de conduct sunt introduse tabele cu date privind seciunea conductei pe tronsonul respectiv, diametrul acesteia, precum i debitul prin respectiva poriune de conduct: acest debit se calculeaz ca suma debitelor din amonte de punctul respectiv, att cele de pe partea de nclzire ct i cele de pe partea de ap cald menajer.Debit total de ap flerbinte

Lungime tronsonului

Diametrul conductei

V.2. Breviar de calcul

2.2.2. Calculul instalaiilor de conducte

n cadrul acestui subcapitol se prezint metodologia de calcul a pierderilor de cldur pentru conductele magistralelor de transport i pentru conductele de distribuie.

2.2.2.1. Expresia general a pierderii de cldur

Expresia general a pierderii de cldur n conductele pentru transportul apei fierbini este:

[kcal/h],

unde:

q este pierderea specific de cldur, n kcal/m.h;

ta temperatura apei, n oC;

to temperatura mediului nconjurtor, n oC;

R rezistena termic la trecerea cldurii la diferena de temperatur ta-to, n m.h.grd/kcal;

un coeficient care ia n consideraie pierderile de cldur prin armturi i elementele de conduct neizolate;

L lungimea conductei, n m.

Rezistenele termice care alctuiesc pe R sunt calculate cu formula general cunoscut, n care se iau n considerare rezistenele termice de convecie ca i rezistenele termice de conducie.Expresia general a pierderii de cldur capt forme particulare, n funcie de modul de aezare a conductelor de ap fierbinte (aerian, n exterior sau n ncperi, n pmnt, n canale vizitabile sau nevizitabile, ventilate sau neventilate etc.) aceste forme particulare depinznd n principal de ponderea pe care o are modul de transmitere a cldurii n cazul respectiv, n schimbul total de cldur.

2.2.2.2. Calculul pierderii de cldur la conductele aeriene

Pentru conducta aerian neizolat termic, pierderea de cldur se calculeaz cu relaia:

[kcal/h],

n care :

e este coeficientul de convecie stabilit cu relaia empiric :

[kcal/ma.h.grd] ;

te temperatura suprafeei exterioare a conductei, n oC;

dc diametrul exterior al conductei, n m;

w viteza aerului, n m/s; se poate admite w2 m/s.

n formul s-a neglijat rezistena termic interioar Ri i rezistena termic a peretelui metalic al conductei Rp, astfel nct tate.

Pentru conductele izolate cu un singur strat, pierderea de cldur este:

[kcal/h]

unde:Riz este rezistena termic a izolaiei, n m.h.grd/kcal;

iz - coeficientul de conductivitate termic a materialului izolaiei, n kcal/m.h.grd;diz - diametrul exterior al conductei izolate, n m;

Temperatura la suprafaa izolaiei se calculeaz cu relaia:

[oC]

n cazul izolaiei formate din mai multe straturi, n formul trebuie introduse rezistenele termice ale acestora.2.2.2.3. Pierderile de cldur la conductele subterane aezate in canale

Conductele subterane de ap fierbinte pot fi montate n canale din beton nevizitabile sau vizitabile, sau direct n pmnt.

n cazul unei conducte montat n canal nevizitabil, pierderea specific de cldur este :

[kcal/m.h],

unde:

Semnificaiile notaiilor folosite rezult din figura 4.8.n plus :Rican este temperatura terenului n care se monteaz conducta, n oC ;Rcan - rezistena termic interioar a canalului, n m.h.grd/kcal;

Rsol - rezistena termic de conducie a canalului, n m.h.grd/kcal;

Rsol - rezistena termic a solului, n m.h.grd/kcal;

Die, Dee - diametrul echivalent interior, respectiv exterior al canalului, n m, calculat pentru seciunile necirculare cu relaia:

[m]

S - seciunea transversal, n m2;P - perimetrul seciunii, n m;ttr - adncimea transformat de aezare a canalului (adncimea echivalent), n m;

s-a coeficientul de convecie de la suprafaa solului la aerul nconjurtor, n kcal/m2. h. grd.

n calculele aproximative se poate considera pentru coeficientul de convecie e=910 kcal/m2.h.grd. Conductivitatea termica a solului sol depinde de natura, umiditatea si temperatura terenului. Coeficientul de conducie al peretelui canalului can depinde de natura materialului si de temperatura acestuia. n tab. 2.1 se indic o serie de valori pentru sol si can.

Temperatura aerului din canal se calculeaz innd seama de faptul ca n regim stabilizat, cldur cedat de conduct aerului din canal este egal cu cldura pierdut de canal n terenul nconjurtor, adic , sau:

, de unde [oC],

n care:

tc este temperatura aerului din canal, in oC;

coeficientul pierderilor suplimentare de cldur;

- rezistenta termica totala a conductei intre temperaturile ta si t0, in m.h.grd/kcal;

- rezistenta termica totala a canalului ntre temperaturile tc si t0, in m.h.grd/kcal.

Temperatura te la suprafaa izolaiei se calculeaz din relaia:

.

Tab. 2.1 Conductivitatea termica a solului sol si a materialului canalelor subterane can

Tipul terenuluisol, kcal/m.h.grd

Soluri nisipos-argiloase si argiloase

Soluri stncoase

Soluri foarte umede

Soluri umede

Soluri cu umiditate mijlocie

Soluri uscate

Soluri pentru care nu se cunosc date0,7...1,7

1,8...2,8

2,0

1,5

1,0

0,5

1,5

Materialul, kgf/cm3can, kcal/m.h.grd

Beton

Crmid1600..2200

1700...19001,1...1,3

0,6...0,75

n cazul mai multor conducte montate n canale subterane, nevizitabile si neventilate, apare influena termic reciproc a conductelor, datorita temperaturilor diferite ale agenilor termici transportai. Pentru a putea calcula pierderile de cldur, trebuie s se determine temperatura aerului din canal tc. Deoarece suma pierderilor de cldur ale tuturor conductelor este egala cu cantitatea de cldur cedata de canalul terenului, se poate scrie:

sau ,

de unde se obine expresia temperaturii aerului din canal.

[oC].

unde:

t1,t2,...,tn sunt temperaturile agenilor termici transportai, in oC;

R1, R2,...,Rn rezistentele termice totale ale conductelor intre temperatura agentului termic si temperatura aerului din canal, n m.h.grd/kcal.

R0 si t0 au aceeai semnificaie ca in relaia anterioar.

Cunoscnd temperatura tc, pierderea totala de cldur a fiecrei conducte se stabilete din expresia:

[kcal/h], unde i=1,2,...,n.

Considernd cazul unui canal ventilat (situaie care apare la canalele vizitabile pe perioada reparaiilor), cantitatea de cldur evacuata prin ventilaie Qv este egala cu diferena dintre pierderile nsumate de cldur ale conductelor si pierderea de cldur in teren a canalului, astfel nct sa se realizeze temperatura impusa tcv a canalului ventilat, adic:

[kcal/h].

Pentru temperatura aerului in canalul ventilat este indicat sa nu se depeasc valori tcv=30...35oC.

Influena termic reciproca a conductelor montate in canale sau direct in pmnt se manifest mai ales asupra conductelor in care temperatura agentului termic este mai sczut. Daca distanta dintre conducta cu temperatura mare si conducta cu temperatura mica este redusa, este posibil ca agentul termic din ultima conducta sa se nclzeasc pe seama cldurii pierdute de prima conducta. In general, pierderile de cldur ale tuturor conductelor nvecinate sunt mai mici in comparaie cu suma pierderilor conductelor montate izolate in canal sau direct in teren. Pierderile de cldur pot fi nule, in care caz izolaia termica nu mai este necesara, sau chiar negative, cnd apare nclzirea fluidelor mai reci transportate.

Ultima situaie trebuie evitata mai ales n reelele de termoficare