DIMENSIONAREA SI ALEGEREA ECHIPAMENTELORDIN CENTRALA TERMICA

1.CazaneSe porneste de la necesarul de caldura, stabilit asa cum s-a prezentat intr-un curs anterior,

puterea totala necesara fiind:QT = Qinc + Qacm [ kw ]

In care :Qinc = necesarul de caldura pentru incalzireQacm = necesarul de caldura pentru preparat a.c.m.

Este recomandabil ca puterea totala necesara sa fie suplimentata cu 5 10 % pentru a compensa o oarecare depreciere in timp a performantelor cazanelor (oricat de atent ar fi exploatate, sunt totusi inerente usoare depuneri pe suprafetele de schimb atat pe partea de apa cat si pe traseul gazaelor arse ).

Q = ( 1,05 1,10) QT [ kw ]

Cazanele ( sau grupuri termice ) se aleg din catalog astfel incat suma puterilor termice ale acestora sa fie egala sau foarte apropiata de puterea totala necesara (Q)

Sunt de facut urmatoarele precizari: la puteri de pana la 100 kw se prevede un singur cazan (sau grup termic)

la puteri totale de peste 100 kw, normativul - 13, pentru proiectare si executia instalatiilor de incalzire, recomanda sa se prevada cel putin doua cazane;

Alte considerente ce se au in vedere la alegerea cazanelor: presiune de lucru (in functie de inaltimea cladirii): gabaritele, in functie de locul de montaj si spatiile de trecere ( la blocurile de locuit existente, aceste spatii de trecere sunt in general destul de inguste ) preferintele beneficiarilor (fonta sau otel, nivel tehnologic, produse ale unui producator preferat, etc.) posibilitatile financiare ale beneficiarului

2.ARZATOARE

Alegera corecta a unui arzator impune sa se tina seama de mai multi factori:a) puterea termica la focarul cazanului;b) contrapresiunea in focar;c) tipurile si caracteristicile geometrice ale cazanului, in special ale focarului si usii

frontale, pa care se monta arzatorul;d) ce combustibil se va folosie) tipul de reglaj al arderiif) presiunea minima de alimentare (la cele pe GN)g) altitudinea localitatii unde se monteaza

Dupa cum se observa, primii trei factori sunt caracteristici ale cazanului (se obtin din prospectul cazanului), urmatorii doi sunt impusi de beneficiar si proiecant, iar ultimii doi sunt impusi de insasi constructia arzatoarelor.

Vom analiza pe rand cele sapte criterii enumerate mai sus;a) puterea termica la focarul cazanului

Este evident ca puterea arzatorului trebuie sa acopere atat puterea utila a cazanului cat si pierderile acestuia.

Uneori fabricantii indica direct in fisele tehnice ale cazanelor puterea termica la focar, aceasta find puterea necesara a arzatorului. Alteori indica numai puterea utila si randamentul acestuia, in care caz se calculaza puterea la focar cu formula :

[kw]

Daca nu se indica randamentul, il putem considera, fara a face o eroare semnificativa: =0,90

Deci:

Situatia este putin diferita in cazul unui cazan de abur. De regula, fabricantii indica la astfel de cazane numai debitul de abur ( in kg/h sau t/h ) si randamentul. In acest caz, puterea termica la focar se calculeaza astfel:

in care:Gv = debitul de abur in [kg/sec]Cp = caldura specifica a apei [kw/kg. 0C]Tv = temperatura aburului la presiunea de furnizare [ 0C ]

(se extrage din tabele de abur saturat)Ta = temperatura apei de alimentare a cazanului [ 0C ]Clat.vap.= caldura latenta de vaporizare [ kw/ kg. ] = randamentul

b) contrapresiunea in focar

In fapt reprezinta pierderile de presiune pe traseul gazelor arse, pe care trebuie sa le compenseze ventilatorul arzatorului.

Aceasta valoare trebuie sa se regaseasca in fisa tehnica a cazanului.Atentie la cazanele cu focar in depresiune, la care pierderile de presiune din cazan sunt

preluate de tirajul cosului de fum, special calculat in acest scop, si nu de ventilatorul arzatorului.

c) tipul si caracteristicile geometrice ale cazanuluiPrezinta interes pentru a stabili cu ce fel de cap de ardere va fi echipat

arzatorul (standard sau lung) si pentru verificarea dimensiunilor flacarii (lungime, diametru) fata de cele ale focarului,cunoscand faptul ca flacara nu trebuie sa loveasca peretii sau fundul focarului (ardere incompleta si socuri termice excesiv de mari asupra focarului)

Lungimea capului de ardere:- la cazanele cu trei drumuri de gaze, capul de ardere este suficient sa

depaseasca fata interioara a usii frontale (pe care este montat arzatorul);- la cazanele cu doua drumuri de gaze (cu flacara intoarsa in focar), capul de

ardere trebuie sa penetreze dincolo de planul placii tubulare pe care sunt sudate tevile si focarul. In mod normal , fabricantul ar trebui sa identifice aceasta adancime de penetrare (el face teste in acest sens), dar daca aceste date lipsesc din fisa tehnica, se poate considera adancimea de penetrare in interiorul tubului focar egala cu 20 25% din distanta de la fata exterioara a usii frontale pana la planul placii tubulare.

d) tipul combustibiluluiEste indicat de beneficiar si tine in general de limitari care ii sunt impuse si acestuia de

posibilitatile de asigurare a unui anume tip de combustibil.

e) tipul de reglaj al arderiiIl indica de regula proiectantul, in urma discutiilor sale cu beneficiarul si ar trebui sa fie

rezultatul unei comparatii cost –beneficiu.Desigur, un tip de reglaj care sa permita adaptarea cat mai buna a puterii furnizate fata de

cea ceruta conduce la cost de exploatare mai redus economii de combustibil) , dar costul de investii este mai mare (arzatoare mai scumpe). Aici trebuie identificata varianta cea mai buna. Problema se pune in special la puterile mari, unde economia de combustibil este semnificativa.

f) presiunea minima de alimentare Se pune numai la arzatoarele de gaze naturale si determina alegerea rampei de gaz.Cu cat presiunea este mai redusa, cu atat rampa va avea diametru mai mare si va fi mai

scumpa.Trebuie sa ne fie precizata de beneficiar sau proiectant, care a obtinut-o de la furnizorul de

gaze.g) altitudinea localitatii Este un criteriu de multe ori neglijat, desi nu este lipsit de importanta .Datele de identificare ale arzatoarelor sunt stabilite si indicate in

cataloagele furnizorillor pentru altitudinea de 100 m deasupra nivelului marii si temperatura aerului de +20 0C.

Este insa stiut ca odata cu cresterea altitudinii aerul este mai rarefiat, iar presiunea furnizata de ventilatorul arzatorului devine mai mica decat cea de catalog. Prin urmare scade si puterea furnizata de acesta (de ex., la Predeal este cu 8-9% mai mica decat cea de catalog).

Sunt doua posibilitati de solutionare:- fie diminuarea de putere este acceptata (instalatiile au fost dimensionate cu

rezerva mare) si atunci se alege arzatorul ca atare, din catalog fara a tine seama de altitudine;

- fie se recalculeza puterea necesara a arzatorului, urmand a se alege un arzator mai mare, formula de calcul find:

unde :Parz = puterea necesara a arzatoruluiF = factor de corectie

In tabelul urmator se dau factorii de corectie fata de altitudine (am considerat ca in centrala termica temperatura este in jur de 20 0C,asa ca am neglijat influenta acesteia):

Altitudine(md.n.m.)

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1200 1400 1600 1800 2000

F 1,013 1,00 0,989 0,978 0,966 0.955 0,944 0,932 0,921 0,910 0,898 0,878 0,856 0,836 0,815 0.794

Cunoscand datele si conditiile prezentate, alegerea tipului de arzator se face folosind graficele putere -contrapresiune din catalogul furnizorului.

In functie de tipul de cazan se stabileste tipul de cap de ardere.Se verifica corectitudinea dezvoltarii flacarii in focar. Exemple de grafice putere -contrapresiune pentru arzatoare UNIGAS:

Zona I este cea recomandata pentru alegerea corecta a unui arzator iar zona III contraindicata.De exempu daca avem nevoie de un arzator cu puterea de 400 kw pentru o contra

presiune de 5 mbar,putem obtine acest lucru cu un P 45 M … (punct de alegere A) sau cu un P 65 M …. (punct de alegere B). Este evident ca alegerea unui P 65 M… este proasta, arzatorul fiind prea mare fata de ce trebuie si evident prea scump.

In ceea ce priveste alegerea rampei de gaz, calculele sunt ceva mai complexe si trebuie sa se dispuna de date precise asupra componentelor rampei, care nu intotdeauna ne stau la indemana (grafice cu pierderi de presiune in vane, filtre, multiblocuri, cap de ardere, etc.). In principiu, este necesar ca suma tuturor pierderilor de presiune plus contrapresiunea din focar sa nu depaseasca presiunea minima de alimentare cu gaz a arzatorului. In cazul ca se dispune de programul de alegere al furnizorului , acesta indica direct presiunea minima necesara de alimentare cu gaz a arzatorului respectiv.

Din acest motiv, in practica vom cauta in documentatia tehnica a furnizorului care este presiunea minima de alimentare pentru fiecare diametru de rampa ce poate echipa un anume arzator.

Daca, spre exemplu,am ales un arzator UNIGAS P 91 M…, iar presiunea minima in reteaua de gaze este de 50 mbar, vom cauta in Manualul de instalare utilizare, si intretinere unde gasim:

RampaDn 50

RampaDn 65

RampaDn 80

RampaDn100

Pres. minima(mbar)

115 60 40 28

Pres. maxima(mbar)

500 200 200 200

Este evident ca nu putem alege rampele Dn 50 Dn 65. Este buna rampa Dn 80. Din punct de vedere tehnic este buna si Dn 100, dar este supradimensionata si scumpeste inutil oferta.

In sfarsit , pentru a verifica caracteristicile geometrice ale flacarii in raport cu cele ale focarului, se anexeaza doua grafice (dupa manualul tehnic RIELLO), in care se pot citi

lungimea si diametrul flacarii in functie de puterea termica a arzatorului. Daca aceste dimensiuni sunt mai mici decat cele ale focarului, atunci arzatorul este corespunzator. In general, din acest punct de vedere nu prea intalnim surprize, proiecantii de cazane tinand seama de felul in care se dezvolta flacara in focarele pe care le concep.

3. Vase de expansiune Trebuie sa fie capabile a prelua suplimentul de volum creat prin dilatarea apei in timpul

incalzirii pana la temperatura de regim.Volumul suplimentar datorat dilatarii este:

Va = eC [l]Unde :e = coeficientul de dilatareC = continutul total de apa din instalatie Pentru situatia uzuala in care cazanele functioneza cu temperatura pe tur la 95 0C,

coeficientul de dilatare e =0,0324.Asupra cantitatii totale de apa din instalatie de regula nu avem date. De aceea se va

aproxima considerand cate 15 18 l pentru fiecare kw.Volumul total al vasului de expansiune se calculeaza cu formula:

[ l ]

in care:V = volumul vasului de expansiune Pi =presiunea de pregonflare Pt =presiunea de tarare a supapei de siguranta

Din catalog se alege vasul cel mai apropiat, dar superior valorii V calculate.Atentie! Valorile pi si pt sunt presiuni absolute. Deci la valoarea presiunii relative

(manometrice) se adaoga valoarea presiunii atmosferice (~ 1,0 bar). Astfel, daca presiunea de pregonfare este 1,5 bar, iar cea de tarare a supapelor de siguranta este 5,0 bar (de regula, aceasta este egala cu presiunea de regim a cazanelor), in formula de calcul a volumului vasului de expansiune vom introduce :

Pi = 1,5 + 1,0 = 2,5 barPt = 5,0 + 1,0 =6,0 bar

4. Boilere Intr-un curs anterior am vazut cum se calculeaza necesarul maxim orar de apa calda

menajera.Pe baza acestui necesar se aleg din catalog boilerele potrivite (sau apelam la calculator ).

5. Schimbatoare de caldura. Acumulatoare a.c.m. Capacitatea mare de productie a.c.m. , raportata la gabaritele foarte reduse, face din

schimbatorul de caldura cu placi o solutie foarte buna, mai cu seama atunci cand avem de asigurat debite mari de apa calda .

Putem avea doua situatii diferite

a) sistem instantaneu (fara acumulare)

Schimbatorul de caldura se dimensioneaza la debitul maxim orar. Evident, si necesarul de caldura va fi tot maxim orar. In consecinta, sursa de caldura (cazane arzatoare) se dimensioneaza tot pentru necesarul maxim orar.

Acest sistem este rational pentru consumatori la care fluctuatiile de debit orar sunt relativ mici (de ex. un proces tehnologic, unde consumul este relativ constant pe durata unui schimb).

b) sistemul de acumulare

Este sistemul cel mai raspandit si prezinta o seama de avantaje :- acopera varfurile de consum cu apa calda din acumulator, preparata intr-o

perioada anterioara, cand consumul era redus;- dimensionarea schimbatorului nu se mai face la debitul maxim, deci va fi mai

mic ;- sursa de caldura nu mai trebuie sa asigure necesarul maxim orar ci unul mai

redus corespunzator schimbatoruluiUn calcul riguros pentru dimensionarea acumulatorului este destul de laborios. Putem

simplifica mult acest lucru, fara a face o eroare grosolana, plecand de la premiza ca un varf de consum (cand se cere debitul maxim orar) dureaza aroximativ doua ore.

In acest caz :- alegem un rezervor de acumulare (sau mai multe, dupa caz) cu volumul egal

cu necesarul maxim orar de a. c. m.- dimensionam schimbatorului de caldura la ½ din necesarul maxim orar.

Se constata:- cele doua ore de consum maxim se acopera integral(1/2 din

schimbator si 1/2 din acumulator);- schimbatorul este pe jumatate fata de sistemul instantaneu- se diminueaza si necesarul de caldura orar - cazane si

arzatoare mai mici.

Pentru alegerea schimbatoarelor de caldura se foloseste programul de calcul al furnizorului. Dispunem de programe de alegere ZILMET si VAREM, a caror utilizare este foarte simpla si rapida. (Demonstratie).

6. Butelia de echilibru

Diametrul racordurilor este : (mm)

Restul dimensiunilor rezulta din desenul de mai sus. suma puterilor cazanelor ce se racordeaza la butelie , in (kW)

7. Pompe Alegerea unei pompe este, in sine o operatiune foarte simpla. Este necesar sa cunoastem doi parametri:

- debitul [mc/h]- inaltime de pompare [m col. apa]

Cu aceasta pereche de valori se examineaza diagramele pe care sunt trasate curbele caracteristice ale pompelor si se identifica pompa care le indeplineste.

A – punctul de functionare al unei pompe cu debitul Dp si inaltimea de pompare Hp

Recomandari :- nu se aleg pompe cu punctul de functionare situat in zona

marcata cu NU. In aceasta zona pompa functioneaza instabil.

- pe cat posibil in zona favorabila – randament bun- in zona De Evitat randament prost- la pompele cu trei trepte de turatie sa se aleaga pompa pe

treapta II (curba din mijloc) –da posibilitatea unor adaptari la situatia din teren, prin trecerea pe alta treapta, fara a fi nevoiti sa schimbam pompa .

In continuare, vom examina modul in care se stabilesc valorile D si H pentru pompele din centrala termica, in raport de rolul lor in instalatie:

a) pompa de recirculatie cazan (v. schemele 1,2 si 3) Debitul se calculeaza cu formula:

D = 0,0143 Pcaz [mc/h]

Unde :Pcaz = puterea termica utila a cazanului in [kw]Inaltimea de pompare se poate lua:

H = 2 3 mCA

b) pompa de injectie (v. schemele 4 si 5)Debitul se calculeaza cu formula:

D = 0,057 Pcaz [mc/h]

Pcaz = puterea termica a cazanului in [kw] Inaltimea de pompare se poate lua:

H = 2 3 mCA

c) pompa de circulatie incalzireDebitul pompei se calculeza cu :

Qinc = necesarul de caldura pentru incalzire in [kw]Daca avem mai multe circuite de incalzire, ca in schema 5, debitul fiecarei pompe se va

calcula separat cu Qinc aferent acelui circuit. Problema se complica putin in ceea ce priveste stabilirea inaltimii de pompare. In mod

normal aceasta se stabileste pe baza pierderilor de presiune calculate de proiectantul care intocmeste proiectul instalatiei de incalzire.

In lipsa proiectului, cu titlu orientativ, se pot folosi pentru evaluari preliminare valorile de mai jos:

constructii de mici dimensiuni (ex. scari de bloc cu 34 nivele, blocuri cu pana la 20 de apartamente) – H = 3 mCA

scari de bloc 8 10 etaje ----- H =4 mCA blocuri cu 4 etaje si 3 4 scari ---- H =4 5 mCA blocuri cu 8-10 etaje si 2 4 scari --- H = 5 6 mCA grup de blocuri, cu retele termice intre ele – H = 6 8 mCA

Aceste valori vor fi insa revizuite dupa elaborarea proiectului pentru eventualele corectii in alegerea pompelor.

d) pompa de circulatie agent primar boiler.Debitul este indicat de regula de producatorul boilerului in cartea tehnica a acestuia.

Daca nu, se calculeaza cu formula:

D = 0,043 Qacm [mc/h]Qacm = necesarul de caldura pt. preparare a.c.m. in [kw]Inaltimea de pompare se calculeaza cu:

H = pboiler + 1,0 [mCA]Unde : pboiler = pierderea de presiune in serpentina boilerului (in cartea tehnica, in catalog) Atentie! De regula, in catalog si in cartile tehnice pierderea de presiune in serpentina

este data in [mbar].Transformarea in [mCA], pentru a fi introdus in formula de calcul se face tind

seama ca:1 mCA = 100 mbar

e) pompa circuit primar schimbator de caldura (schema 6)Debitul pompei se calculeaza similar cu cea de la boilere, cu urmatoarele precizari:

- la sistemul cu preparare instantaneu (fara acumulare), Qacm

este necesarul maxim orar de caldura pentru preparare a.c.m.

- la sistemul cu acumulare Qacm este jumatate din necesarul maxim orar de caldura.

De altfel, la alegerea schimbatorului de caldura, programul de calcul stabileste si debitul de agent termic primar.Inaltimea de pompare:

H = pscp + pvm+ 0,5 [mCA]Unde:pscp = pierderea de presiune in schimbatorul de caldura,

stabilita de programul de calcul in [mCA]pvm = pierderea de presiune in vana motorizata, din catalog furnizor, sau impusa de noi la la alegerea vanei, in [mCA]

f) pompa acumulator a.c.m. (P5 in schema 6)Debitul pompei este ½ din necesarul maxim orar de apa calda menajera (din fisa de

alegere a schimbatorului de caldura)Inaltimea de pompare:

H = pspc + 0,5 mpspc = pierderea de presiune in schimbator, pe circuitul secundar in [mCA] – din fisa de

alegere a shimbatorului.

g) pompa de recirculatie a.c.m. (P4 in schemele 1 si 6)Dimensionarea acestei pompe nu este critica. In instalatiile mici nici nu se prevede.In instalatiile mari (blocuri, ansambluri de blocuri) este suficienta o pompa cu debitul de

20 25 % din debitul orar de a.c.m. si un H = 4 5 mCA.

8. Vane cu 2 si 3 cai pentru reglaj

Caracteristica dupa care se aleg din cataloagele furnizorilor este notata kvs (notatie adoptata de toti furnizorii), care reprezinta debitul vanei complet deschisa atunci cand caderea de presiune este de 1,0 bar.

Este evident ca, pentru un anume debit de apa cu cat diametrul vanei este mai mare cu atat caderea de presiune pe vana este mai mica

Doua precizari sunt necesare:a) o vana prea mare (cu o cadere de presiune foarte mica) nu este buna deoarece

deplasari foarte mici ale organului de reglaj (ventil sau sector) conduc la variatii prea mari ala debitului, mai mult decat ar trebui;

b) o vana prea mica conduce la viteze ale apei prea mari, pierderi mari de presiune (pompa prea mare) si uzura rapida prin eroziunea mecanica a interiorului vanei.

Caderea de presiune o fixam noi, in mod obisnuit in plaja 25 150 mbar (valorile mai mici la debite mai mici).

Debitul de apa este cel cu care am ales pompa din circuitul respectiv. Se calculeaza kvs :

Unde:D = debitul de apa in [mc/h]p = cadere de presiune impusa in [bar]

Cu valoarea kvs obtinuta se identifica din catalogul furnizorului diametrul vanei ce se va monta si servomotorul adecvat (il indica furnizorul in documentatia tehnica).

9. Cosuri de fum

Date de intrare:- puterea cazanelor ce se leaga la cos - inaltimea cosului

Cu aceste date, din nomogramele date de producator se afla diametrul interior al cosului. De asemenea, se poate folosi programe de alegere, pe calculator .