Instalaţiile principalelor circuite ale centralelor termo - electrice cu abur [21, cap 7 81]

110

8 Instalaţiile principalelor circuite ale centralelor termo - electrice cu abur [21, cap 7 81]

8.1 Circuitul combustibil - cenuşă Realizarea practică a acestui circuit este impusă direct de felul combustibilului. Astfel, circuitul este complet numai în cazul combustibilului solid care în urma arderii produce cenuşă şi zgură, fiind incomplet în cazul combustibililor gazoşi şi lichizi. De aceea, studiul acestui circuit se va face diferenţiat, în funcţie ele felul combustibilului folosit la centrală.

8.1.1 Alimentarea cu combustibil gazos Drept combustibil gazos, în centralele termoelectrice cu abur se pot folosi fie gazele naturale, fie gazele industriale, cum ar fi gazul de furnal, gazul de cocserie etc.

Gazele industriale se produc ca produse secundare ale tehnologiilor de obţinere a unor materiale şi conţin drept gaz combustibil în principal oxidul de carbon. Întrucât gazele industriale se produc la presiuni mici şi puterea lor calorică este mică, transportul lor se face economic numai la distanţe scurte, ceea ce impune aşezarea centralei electrice care le foloseşte lângă instalaţiile lor de producere.

Cu totul alta este situaţia în cazul gazelor naturale. Ele pot fi gaze de zăcământ sau gaze însoţitoare ale petrolului şi au puteri calorice ridicate. De aceea, se pot transporta economic la distanţe foarte mari prin conducte speciale, numite conducte magistrale. Presiunea gazelor în aceste conducte este de 20 ... 40 bar. Pentru a fi folosite la arzătoarele cazanelor este nevoie de o presiune mult mai scăzută. Astfel,

pentru arzătoarele mici şi mijlocii, gazele trebuie să aibă o suprapresiune (peste presiunea atmosferică) de 0,1 ...0,2 bar (1000 ... 2000 mm H20), iar

la arzătoarele mari 0,5 ... 0,6 bar (5000 ... 6000 mm H20).

De aceea, instalaţia de alimentare cu gaze va cuprinde, în primul rând, o staţie de reducere a presiunii realizată în una sau două trepte înseriate. În rest, instalaţia conţine armături de distribuţie şi protecţie specifice.

8.1.2 Alimentarea cu combustibil lichid În centralele termoelectrice cu abur, se foloseşte drept combustibil lichid păcura. Aceasta este un amestec de hidrocarburi grele rezultat din rafinarea ţiţeiului. Transportul păcurii de la rafinărie la centrala termoelectrică se face fie direct prin pompare, fie pe cale ferată (în vagoane cisternă de capacităţi între 20 şi 50 t), fie pe cale fluvială sau maritimă.

Ţinând seama de faptul că la temperaturi de 25…35 °C, păcura se solidifică şi că la temperaturi de până la 70...80 °C are viscozitate ridicată, ceea ce împiedică pomparea şi filtrarea sa, gospodăria de păcură trebuie să îndeplinească următoarele funcţiuni:

să realizeze o preîncălzire a păcurii pentru a putea fi descărcată din cisterne;

să decanteze şi să filtreze păcura, eliminând astfel apa şi impurităţile mecanice;

să realizeze o nouă încălzire până la temperaturi de 110 ... 130 °C pentru a putea fi uşor pompată;

să depoziteze păcură în rezervoare speciale;

să ridice presiunea păcurii până la valori corespunzătoare injecţiei în focar.

Circuitul combustibil - cenuşă

111

Schemele pentru instalaţiile de combustibil lichid sunt cu o treaptă de pompare şi cu două trepte de pompare în funcţie de presiunea de injecţie. Astfel, la presiuni de 20 ... 40 bar, se foloseşte o singură treaptă de pompare (fig. 7.1), iar la presiuni mai mari de 40 bar, se utilizează schema cu două trepte (fig. 7.2).

Figura 8.1 Fig. 7.1. Schema unei gospodării de păcură cu o treaptă de pompare şi curgere liberă

la descărcare: 1 - staţie de descărcare; 2 - rezervoare de păcură de tip îngropat; 3 - filtru; 4 - pompe de păcură; 5 - preîncălzitoare; 6 - filtre; 7 - conducta de alimentare a arzătoarelor cazanului;

8 - racorduri la arzătoare; 9 - retur de păcură

Figura 8.2 Fig. 7.2. Schema gospodăriei de păcură cu două trepte de pompare: 7 - staţie de

descărcare; 2 - pompe de descărcare; 3 - rezervoare de stocare; 4 - filtre grosiere; 5 -

pompe de păcură treapta I; 6 - pompe de păcură treapta a Il-a; 7 - preîncălzitoare de păcură; 8 -

filtre fine; 9 - butelie de menţinere a presiunii cu pernă de azot; 10 - conductă de retur la treapta a

Il-a; 11 - conductă de retur la treapta I.

8.1.3 Alimentarea cu combustibil solid Gospodăria de combustibil solid trebuie să îndeplinească următoarele funcţiuni:

să realizeze descărcarea combustibilului adus în diferite moduri la centrala termoelectrică;

să aducă bulgării de cărbune la dimensiunile cerute de focarul cazanului (după cum acesta este cu grătar sau cu arzătoare de cărbune pulverizat);

să transporte cărbunele în perimetrul centralei;

să cântărească combustibilul venit în centrală şi pe cel consumat;

să distribuie cărbunele la buncărul sălii cazanelor.

În România, cărbunele se transportă la centrale, aproape în exclusivitate, pe cale ferată sau cu benzi transportoare.

Odată ajuns la centrală, cărbunele este descărcat şi cântărit, în scopul ţinerii unei evidenţe a consumului. Modul de descărcare a cărbunelui este dependent de felul de transport. Pentru centralele din ţara noastră, cele mai răspândite mijloace de descărcare în prezent sunt

Instalaţiile principalelor circuite ale centralelor termo - electrice cu abur [21, cap 7 81]

112

staţiile de descărcare cu buncăre adânci (la CET Işalniţa, CTE Paroşeni, CET Oradea etc.) şi cele cu estacade supra-terane, în consolă (CTK Deva).

Depozitul exterior de cărbune al centralei poate fi cu screper, cu utilaje mobile sau cu excavatoare cu cupe.

8.2 Circuitul aer-gaze de ardere Circuitul aer-gaze de ardere realizează vehicularea aerului necesar arderii combustibilului în focar şi a gazelor obţinute în urma arderii.

Aerul de ardere este luat direct din atmosferă sau din partea superioară a sălii cazanelor, fiind aspirat cu ventilatoare axiale sau centrifugale. El este apoi preîncălzit şi trimis la arzătoarele focarului, unde furnizează oxidantul necesar reacţiei de ardere.

Gazele de ardere, care se formează în urma arderii, circulă în cazan, cedând căldura schimbătoarelor de căldură - economizorului, sistemului fierbător, supraîncălzitorului şi preîncălzitorului de aer. Vehicularea gazelor de ardere se face cu:

ventilatoare specializate - la cazanele cu depresiune în focar - sau

datorită presiunii proprii - la unele cazane cu suprapresiune în focar.

Ele sunt apoi evacuate în atmosferă prin coşuri de fum de înălţime potrivită.

Gazele de ardere conţin substanţe poluante, numite noxe, pentru care se impune o anumită concentraţie în atmosferă, dată prin norme igienico-sanitare. Aceste substanţe sunt: cenuşa zburătoare - care nu a putut fi reţinută de instalaţiile specifice de reţinere (filtrele mecanice şi cele electrostatice) şi bioxidul de sulf (SO2). Normele din România prevăd următoarele limitări pentru puritatea atmosferică:

pentru depunerile de cenuşă pe sol: maxim 200 g/(m2 an);

pentru concentraţia de SO2 în aer la nivelul solului maxim momentan 0,75 mg/m3 şi o medie zilnică de 0,25 mg/m3.

În scopul micşorării concentraţiei de noxe în jurul centralei, este de dorit ca gazele de ardere evacuate să fie antrenate de curenţii de aer de la înălţime şi să fie transportate cât mai departe posibil. Prin aceasta se realizează împrăştierea şi diluarea gazelor arse evacuate. De aceea, coşurile de fum moderne sunt foarte înalte (peste 200 m în România), în scopul realizării unei împrăştieri optime a gazelor şi ridicării acestora la o înălţime cât mai mare. Acest element constituie astăzi condiţia de proiectare a coşurilor de fum, tirajul realizat de ele fiind un element secundar.

8.3 Circuitul apă-abur

8.3.1 7.3.1. Caracteristicile circuitului Circuitul apă-abur înglobează totalitatea agentului termic al ciclului Clausius-Rankine, fiind principalul circuit al centralei termoelectrice cu aburi.

Toate instalaţiile moderne realizează, în cadrul circuitului termic, preîncălzirea regenerativă a apei de alimentare, în scopul îmbunătăţirii randamentului termic al ciclului. De aceea, circuitul apă-abur al centralelor termoelectrice actuale este foarte complex cuprinzând mai multe trepte de pompare, mai multe preîncălzitoare de suprafaţă, unul sau mai multe preîncălzitoare de amestec, armături şi conducte de legătură şi pe partea de apă şi pe cea de abur. O schemă modernă a unui asemenea circuit este prezentată în figura 7.3. Toate preîncălzitoarele plasate înaintea pompei de alimentare, deci la presiune relativ scăzută, se numesc preîncălzitoare de joasă presiune (în exploatare se foloseşte prescurtarea P.J.P.),

Circuitul apă-abur

113

iar cele aşezate după pompa de alimentare, la presiune mare se numesc preîncălzitoare de înaltă presiune (P.I.P.). Preîncălzitorul de amestec 3, aşezat în mijlocul schemei, are şi rolul de a degaza termic apa de alimentare a cazanului. Circulaţia apei-aburului are loc în felul următor: din condensator, agentul de lucru sub formă de condensat este preluat de pompele de condensat principal 1, care pot fi realizate în una sau două trepte de pompare, fiind pompat prin preîncălzitoarele de joasă presiune 2 şi prin degazorul 3, de unde cu pompa de alimentare 4, agentul de lucru - devenit apă de alimentare - este trecut prin preîncălzitoarele de înaltă presiune 5. În cazan, apa este transformată în abur supraîncălzit care curge prin conductele de abur viu 6, până la turbină. Pentru complexitatea schemei s-a considerat un ciclu cu supraîncălzire intermediară ceea ce impune fracţionarea turbinei în mai multe corpuri. O parte din aburul ieşit din corpul de înaltă presiune al turbinei 7 se reîntoarce la cazan, este supraîncălzit intermediar şi se destinde, în continuare, în corpul de medie şi joasă presiune 8 al turbinei. O parte din aburul intrat în turbină se destinde parţial şi este extras de la prizele fixe ale acesteia, fiind folosit la preîncălzirea apei de alimentare.

Figura 8.3 Simbolul unui preîncălzitor prin suprafaţă.

Figura 8.4 Circuit termic cu supraîncălzire intermediară: 1- pompă de condensat principal; 2- preîncălzitoare de joasă presiune; 3-

degazor; 4- pompă de alimentare; 5- preîncălzitoare de înaltă presiune; 6- conducta de abur viu; 7- corpul de înaltă presiune al

turbinei; 8- corpul de medie şi joasă presiune al turbinei.

Figura 8.5 Diagrama de temperatură a. unui

preîncălzitor prin suprafaţă.

Preîncălzitoarele din circuitul termic sunt aparate schimbătoare de căldură şi, ca atare, pot fi, din punct de vedere constructiv, de două feluri: de suprafaţă şi de amestec.

În figura 7.4 este reprezentat schematic un preîncălzitor regenerativ de suprafaţă, iar în figura 7.5 este redată diagrama sa de temperatură. Se observă că temperatura de ieşire a apei preîncălzite, conform celui de-al doilea principiu al termodinamicii, este inferioară temperaturii de saturaţie a aburului încălzitor. Această diferenţă de temperatură arată că în acest schimb de căldură, apare o pierdere calitativă de temperatură Cu alte cuvinte, căldura deţinută de abur se transformă în căldură deţinută de apă, dar la un potenţial mai scăzut. Această pierdere se traduce practic, într-un consum suplimentar de combustibil, care ar scădea în cazul micşorării diferenţei de temperatură. Nu poate fi scăzută însă oricât de mult deoarece, prin micşorarea ei, scade şi diferenţa medie logaritmică de temperatură şi creşte suprafaţa necesară pentru schimbul de căldură. De aceea, ţinând seama de aceste efecte contrarii, diferenţa între temperatura de saturaţie a aburului şi temperatura apei preîncălzite se alege în urma unei optimizări tehnico-economice. În practică, valorile folosite sunt următoarele:

Instalaţiile principalelor circuite ale centralelor termo - electrice cu abur [21, cap 7 81]

114

4 ... 7 °C la preîncălzitoarele de joasă presiune cu ţevi din alamă sau oţel cu pereţi subţiri şi

7 ... 15 °C la preîncălzitoarele de înaltă presiune cu ţevi cu pereţi groşi.

Figura 8.6 Fig. 7.6. Simbolul unui preîncălzitor de amestec.

Figura 8.7 Fig. 7.7. Diagrama de temperatură a unui preîncălzitor de amestec.

La preîncălzitoarele de amestec (fig. 7.6), temperatura apei preîncălzite poate atinge nivelul temperaturii de saturaţie a condensatului provenit din aburul de încălzire. Ca urmare diferenţa de temperatură între cele două fluide poate fi zero (fig. 7.7). De aici, rezultă că preîncălzitoarele de amestec sunt mai avantajoase din punct de vedere termodinamic, necesitând, în schimb, un volum mai mare şi montarea unei pompe care să preia amestecul condensat - apă preîncălzită.

Ţinând seama de avantajele şi dezavantajele preîncălzitoarelor de amestec şi de suprafaţă, majoritatea schemelor cu condensaţie actuale au 7 sau 8 preîncălzitoare, dintre care unul sau două sunt de amestec, iar celelalte de suprafaţă. Cele de amestec au şi rolul de degazoare termice ale circuitului şi de rezervoare de apă de alimentare.

8.3.2 Realizarea practică a preîncălzitoarelor Preîncălzitoarele de suprafaţă. Aceste schimbătoare de căldură se realizează cu ţevi în fascicule. Prin interiorul ţevilor curge apa sub presiune iar aburul circulă prin spaţiul dintre ţevi. Pentru a se putea asigura libera dilatare a ţevilor, tipurile constructive cele mai obişnuite de preîncălzitoare de suprafaţă se realizează cu ţevi drepte şi cap mobil sau cu ţevi în formă de U. La ambele tipuri de preîncălzitoare, un capăt al ţevilor este mandrinat sau sudat într-o placă tubulară care constituie capătul fix, nedeplasabil, al suprafeţei de schimb de căldură.

La preîncălzitoarele cu ţevi drepte şi cap mobil, a doua placă tubulară este plasată în interiorul mantalei 4 (fig. 7.8), putând să alunece liber în aceasta, realizându-se însă şi o etanşare perfectă sau având fixată pe ea cu şuruburi camera de întoarcere 2, pentru apa care circulă prin interiorul ţevilor. în cel de-al doilea caz, concepţia plăcii tubulare de la capătul mobil este aceea a unui cilindru glisant. Pentru ca, în timpul reparaţiilor, pachetul de ţevi să poată fi scos din manta, camera de apă 3 este prinsă cu flanşe de placa tubulară 7 şi de mantaua 4. în acest fel, se poate realiza scoaterea ţevilor în bloc, înspre dreapta desenului. Mantaua are o construcţie în formă de oală. Pentru ca aburul intrat în preîncălzitor să spele toate ţevile, el este ghidat prin nişte table de ghidare 5, numite şicane. în dreptul racordului de intrare al aburului, pentru ca acesta să nu lovească direct ţevile şi să erodeze materialul, se aşează nişte table de impact sau de împrăştiere. Ele sunt realizate diferenţiat în funcţie de tipul constructiv al preîncălzitorului.

Circuitul apă-abur

115

Figura 8.8 Preîncălzitor cu ţevi drepte şi cap mobil: 1- placă tubulară; 2- cameră de întoarcere; 3- cameră de apă; 4-

manta; 5- şicană.

Figura 8.9 Preîncălzitor cu ţevi în serpentină.

Figura 8.10 Preîncălzitor cu ţevi în formă de U: 1- dom de colectare a condensatului; 2- cameră de distribuţie; 3-

şicane; 4- manta.

Cel de-al doilea tip de preîncălzitor des întâlnit, cu ţevi în formă de U, are o singură placă tubulară, fixă, în care sunt mandrinate sau sudate ambele capete ale ţevilor (fig. 7.9). Posibilitatea de dilatare se realizează prin forma deosebită a ţevilor. În interiorul mantalei 4, tot în formă de oală, sunt dispuse şicanele 3, care sunt verticale spre deosebire de cazul preîncălzitorului cu ţevi drepte unde erau orizontale. Din cauza acestei dispuneri a şicanelor, care nu dau posibilitatea realizării unui spaţiu suficient pentru colectarea condensa tul ui, la preîncălzitoarele cu ţevi în U se prevede un dom de colectare a condensatului secundar provenit din aburul de încălzire.

Acest tip de preîncălzitor se mai poate realiza într-o altă formă constructivă, în scopul măririi suprafeţei de schimb de căldură cuprinsă în aceea,şi lungime a mantalei. În acest caz, ţevile în U se transformă în ţevi grupate în serpentine (fig. 7.10).

Preîncălzitoarele de amestec. După cum s-a mai arătat, preîncălzitoarele ele amestec din circuitul termic au în acelaşi timp şi rolul de degazoare termice şi de rezervoare de apă de alimentare. Ca poziţie în cadrul circuitului termic, ele se aşează la mijlocul acestuia (nivele de presiune 4 ... 10 bar) la instalaţiile de turbine cu condensaţie, sau la medie presiune (6 bar) şi joasă presiune (1, 2 bar) la instalaţiile de turbine de termoficare.

Degazoarele termice au rolul de a elimina din apa de alimentare sau apa de adaos gazele agresive (oxigenul şi bioxidul de carbon), care pot coroda materialele metalice din circuit.

Solubilitatea gazelor în apă scade o dată cu creşterea temperaturii atingând valoarea zero la temperatura de fierbere. De aceea, degazarea termică presupune încălzirea apei până la temperatura de fierbere corespunzătoare presiunii la care are loc procesul şi evacuarea gazelor eliminate prin mărirea suprafeţei libere a apei în spălarea acesteia cu abur.

Încălzirea apei se face prin amestec cu abur provenit de la una din prizele turbinei în următoarele feluri:

Instalaţiile principalelor circuite ale centralelor termo - electrice cu abur [21, cap 7 81]

116

prin picurarea apei pe un număr de talere cu găuri şi spălarea şuviţelor de apă cu abur, care de obicei curge în contracurent (fig. 7.11);

prin prelingerea apei pe suprafeţe metalice în contracurent cu aburul (fig.7.12);

prin pulverizarea apei cu ajutorul unor injectoare, în spaţiul de deasupra oglinzii apei stocate în rezervor (fig. 7.13).

Figura 8.11 Degazor cu talere şi şuviţe: 1- coloana de degazare; 2- intrarea apei; 3- talere cu găuri; 4-

intrare abur; 5- rezervor al apei de alimentare.

Figura 8.12 Degazor cu prelingere: 1- coloană de degazare; 2- duze; 3- plăci.

Aceste procese simultane (încălzirea şi evacuarea gazelor) au loc fie în aparate speciale, numite coloane de degazare, fie la nivelul oglinzii apei. Coloanele de degazare sunt cilindrice şi pot fi aşezate fie orizontal, fie vertical.

Degazorul cu talere şi şuviţe (fig. 7.11) conţine două părţi distincte: coloana de degazare 1 şi rezervorul de stocare al apei de alimentare 5. Coloana de degazare este cilindrică şi verticală. în ea se află un număr de talere cu găuri 3, pe care picură apa ce urmează a fi degazată. Apa formează, astfel, şuviţe care sunt spălate de aburul introdus la baza coloanei prin legătura 4. Totodată, aburul este introdus şi în masa apei stocate în rezervor, în scopul barbotării (agitării) acesteia şi pentru a menţine tot volumul lichidului la temperatura de saturaţie. Gazele eliminate din apă, împreună cu o parte mică din aburul introdus, se evacuează prin partea superioară a coloanei, în atmosferă.

Figura 8.13 Fig. 7.13. Degazor cu pulverizare: 1 - Intrare abur; 2 - cutie directoare; 3 - injector, 4 - evacuarea aerului.

La degazorul cu prelingere (fig. 7.12), apa este împrăştiată deasupra unui sistem de plăci verticale 3, pe care apa 2 se prelinge în contracurent cu aburul. Coloana de degazare 1 poate fi sau verticală sau orizontală. Barbotarea apei de alimentare cu o parte din abur se poate întâlni şi la acest tip degazare.

Circuitul apă-abur

117

În figura 7.13, este reprezentat schematic un degazor cu pulverizare a apei cu ajutorul unor injectoare 3, în spaţiul de deasupra oglinzii apei. în cazul din figură, rezervorul de apă este compartimentat, iar prin partea centrală a sa 1 se introduce aburul de barbotare. Acesta trece prin cutiile 2, spălând apa pulverizată şi extrăgând gazele. Evacuarea lor din corpul degazorului se face prin conductele 4, montate în vecinătatea pulverizatoarelor. Elementul esenţial din construcţia acestui degazor este lipsa coloanei de degazare, procesele de încălzire şi degazare realizându-se în interiorul rezervorului.

La toate tipurile de degazoare se observă prezenţa rezervorului de apă. Circuitul termic are nevoie do o rezervă de apă pentru: umplerea circuitului la pornire şi eventuala spălare a circuitului de unele produse de coroziune, preluarea variaţiilor de volum ale apei din circuit, suplinirea unor pierderi accidentale masive de apă şi acoperirea unor regimuri tranzitorii de sarcină. Principala rezervă de apă a circuitului se realizează în .rezervorul degazorului. În mod obişnuit, cu cantitatea de apă aflată în acest rezervor se poate funcţiona o durată de 7 ... 20 min la centralele cu turbine cu condensaţie şi de 15 ... 30 min la cele cu turbine de termoficare.

Rezervoarele de apă de alimentare sunt cilindrice, realizate prin vălţuire şi sudare. Întrucât temperatura pereţilor este cu mult peste cea a mediului ambiant, în scopul micşorării pierderilor de căldură, rezervoarele se izolează cu materiale speciale.

8.3.3 Alte aparate din circuitul termic Staţii de reducere-răcire. Staţiile (sau instalaţiile) de reducere-răcire au rolul de a reduce presiunea şi de a micşora temperatura aburului până la anumiţi parametri ceruţi de proces.

Reducerea presiunii se face prin laminare, iar răcirea aburului se realizează prin injecţie de apă în abur.

În centralele termoelectrice cu condensaţie, staţiile de reducere-răcire (prescurtat SRR sau IRR) se folosesc în perioadele tranzitorii de pornire şi oprire şi pentru alimentarea unor consumatori de abur cu o presiune şi o temperatură constantă (de exemplu, alimentarea degazoarelor). În figura 7.14, a se dă un exemplu de folosire a unei SRR pentru ocolirea uni turbine cu condensaţie construită într-un singur scop. Staţia de reducere-răcire nu intră în funcţiune decât în cazul opririi accidentale a turbinei. În acel moment, ventilul de închidere rapidă a turbinei (VIR) se închide brusc, obturând calea aburului produs de cazan. Se deschide atunci, a doua cale de evitare a acestui abur, prin SRR spre condensator.

În centralele electrice de termoficare, staţiile de reducere se folosesc pentru asigurarea unor căi de rezervă sau de vârf pentru aburul livrat la Consumatorii termici. În figura 7.15 se dă un exemplu de utilizare unei SRR la o instalaţie de turbină cu contrapresiune. În acest caz, dacă consumatorii termici 2, solicită un debit de abur mai mare decât poate furniza turbina la contrapresiune, se poate folosi SRR având rolul de instalaţie de vârf. Totodată SRR poate constitui o cale de ocolire a turbinei, când aceasta este oprită, prin această cale alimentându-se consumatorii termici. În acest din urmă caz, SRR are rolul de instalaţie de rezervă.

Instalaţiile principalelor circuite ale centralelor termo - electrice cu abur [21, cap 7 81]

118

Figura 8.14 Fig. 7.14. Staţie de reducere-răcire: a - simbol grafic; b - exemplu de folosire pentru ocolirea unei turbine

într-un singur corp.

Figura 8.15 Fig. 7.15. SRR folosită ca instalaţie de vârf şi rezervă: 7 - bară de

abur de presiune constantă; 2 - consumatori termici.

în figura 7.16 este reprezentată schematic o instalaţie de reducere-răcire. Laminarea este realizată cu ajutorul ventilului de reglaj 7, instalat între ventilele de închidere 2. Reglarea presiunii din aval de ventilul 7 se face cu regulatorul de presiune 3, care deschide ventilul în cazul scăderii presiunii din aval, menţinând astfel o presiune constantă. Răcirea se realizează în răcitorul de amestec 4, unde se injectează apă la o presiune mai mare decât presiunea aburului laminat. Reglarea temperaturii din aval se face cu ajutorul regulatorului 6, în funcţie de temperatura aburului ieşit din SRR.

Ecuaţiile de bilanţ masic şi termic ale SRR, cu notaţiile din figura 7.14, a, sunt următoarele (admiţând că toată apa injectată se transformă în abur):

D1 + D2 = D3 [kg/s] (7.1)

şi

D1i1 + D2i2 = D3i3, [kW] (7.2)

în relaţiile (7.1) şi (7.2) s-au notat cu D - debitele, iar cu i - entalpiile. Din acest sistem de ecuaţii se pot obţine două din mărimi, cunoscându-se celelalte patru.

Expandoare. Expandarea este procesul de micşorare bruscă a presiunii unui fluid, însoţită de creşterea volumului său specific. Întrucât, în centralele termoelectrice, fluidul care trebuie expandat este, de regulă, o cotă din debitul de apă de la pornirea cazanului, condensatul secundar sau purja extrasă din circuitul de apă sau de la cazan, expandarea lui este însoţită de transformarea unei părţi din debitul său în abur. Explicaţia acestui fenomen este următoarea: presiunea din expandor se păstrează sub presiunea de saturaţie a fluidului introdus; în felul acesta, o parte din apă se vaporizează preluând căldura necesară de la restul apei. De aceea, expandoarele au şi rolul de a separa aburul produs, care se reutilizează în circuit, de apa în stare de saturaţie, care se concentrează în săruri şi, de obicei, se aruncă la canal, după ce a fost răcită. Răcirea apei este necesară pentru a se recupera o parte din căldura sa.

Circuitul apă-abur

119

Figura 8.16 Fig. 7.16. Instalaţie de reducere-răcire: 1 - ventil de reglaj; 2 - ventile de închidere; 3 - regulator de presiune; 4 - vas de amestec; 5 - intrare apă răcire; 6 - regulator de temperatură;

7 - supapă de siguranţa

Figura 8.17 Fig. 7.17. Expandor vertical: 1 - filtru; 2 - drenare filtru; 3 -

indicator de nivel; 4 - racorduri pentru regulatorul de evacuare; 5 -

cilindru interior.

Figura 8.18 Fig. 7.18. Simbolul grafic al expandorului

În figura 7.17 este reprezentat schematic un expandor de construcţie verticală. Fluidul este introdus tangenţial în vasul expandorului pentru a se produce centrifugarea lui în jurul cilindrului interior 5. Aburul produs urcă prin cilindrul interior şi este evacuat pe sus, după ce a trecut prin filtrul 7, unde lasă picăturile de apă antrenate. După expandare, condensatul rezultat este colectat la partea inferioară a vasului şi evacuat împreună cu picăturile reţinute în filtru. Evacuarea se face cu ajutorul unui regulator de nivel care păstrează nivelul apei între anumite limite.

Simbolul grafic al expandorului este prezentat în figura 7.18. Cu notaţiile de acolo, bilanţul de debit şi cel termic al expandorului au forma:

D1 = D2' + D2" [kg/s]; (7.3)

D1i1 = D2'i2' + D2"i2" [kW], (7.4)

Din relaţiile (7.3) şi (7.4) se poate calcula cota de abur x = D2/D1 obţinută dintr-un expandor, la introducerea unităţii de debit (1 kg/s) de apă în vas:

x = i1 - i2'i2" - i2'

(7.5)

şi întrucât aburul rezultat este saturat uscat, i2" - i2' este chiar căldura de vaporizare, notată cu r. Ţinând seama de aceasta, relaţia (7.5) devine:

Instalaţiile principalelor circuite ale centralelor termo - electrice cu abur [21, cap 7 81]

120

x = i1 - i1'

r (7.6)

Un exemplu de încadrare a expandorului într-o schemă termică este dat în figura 7.19, pentru un expandor de purjă la un cazan. Pentru a recupera o parte din purjă, cantitativ şi calitativ, ea se expandează, se obţine abur folosibil în circuit deoarece are un conţinut mic de săruri şi apă cu o mare concentraţie de săruri. Pentru a folosi o parte din căldura acestei ape, ea se trece printr-un răcitor de suprafaţă, după care este aruncată la canalizare.

Vaporizatoare şi transformatoare de abur. Vaporizatoarele sunt aparate schimbătoare de căldură care realizează vaporizarea unui debit de apă cu ajutorul unui debit potrivit de abur. Ele pot fi de suprafaţă sau de amestec. Vaporizatoarele de amestec sunt foarte rar utilizate, în cazuri cu totul speciale, de exemplu la cazanul Loffler, marea majoritate a vaporizatoarelor fiind de suprafaţă.

Simbolul grafic al acestui tip de schimbătoare de căldură este dat în figura 7.20. Se observă fluidele de încălzire - aburul primar, care condensează, cedând căldura apei care se vaporizează şi produce la rândul său aburul secundar. Datorită diferenţei de temperatură care trebuie să existe între cele două fluide, presiunea aburului secundar este mai mică decât cea a aburului primar.

Vaporizatoarele se utilizează în special în cadrul staţiilor de tratare termică a apei de adaos. Folosite în cadrul instalaţiei de termoficare industrială, în scopul separării circuitului centralei de reţeaua de termoficare, pentru a nu impurifica apa de alimentare, vaporizatoarele se numesc transformatoare de abur. Această denumire provine de la faptul că poziţia lor în schemă este analogă poziţiei transformatoarelor electrice din schemele electrice de distribuţie.

Există, în principal, trei tipuri constructive de vaporizatoare:

verticale cu circulaţie naturală şi cu suprafaţă de încălzire interioară;

verticale cu circulaţie naturală şi cu suprafaţă de încălzire exterioară;

orizontale, cu suprafaţă de schimb de căldură înecată.

Vaporizatorul vertical cu circulaţie naturală realizează vaporizarea într-un sistem din ţevi verticale. Circulaţia se realizează prin termosifon (exact ca la sistemul fierbător al cazanelor de abur cu circulaţie naturală).

Figura 8.19 Fig. 7.19. încadrarea în schema termică a unui expandor de purjă

Figura 8.20 Fig. 7.20. Simbolul unui vaporizator.

Circuitul apă-abur

121

Figura 8.21 Fig. 7.21. Vaporizator cu suprafaţă interioară de încălzire: 1 - dom de abur secundar; 2 - ţevi de circulaţie; 3 - şicană; 4 - ţevi încălzitoare

Figura 8.22 Fig. 7.22. Vaporizator cu circulaţie naturală cu suprafaţă exterioară de încălzire: 1 - dom de abur secundar; 2 - ţevi de circulaţie; 3 -

ţevi încălzitoare

La aparatul cu suprafaţă de încălzire interioară (fig. 7.21), aburul primar se introduce axial spre spaţiul de încălzire, trecând prin domul de abur secundar, 7. Spaţiul de încălzire este realizat din ţevile 4, prinse prin mandrinare în două plăci tubulare, aburul circulând în curent încrucişat peste aceste ţevi. Condensatorul este evacuat pe la partea inferioară a aparatului, iar circulaţia naturală este realizată prin ţevile 2, de diametru mare. Toată construcţia este cuprinsă într-o manta cilindrică comună.

În cazul vaporizatorului cu circulaţie naturală la care suprafaţa de încălzire este exterioară (fig. 7.22) realizarea practică se face folosind două aparate separate: unul care să înglobeze suprafaţa de încălzire 3, făcută tot din ţevi şi altul care să adăpostească spaţiul (domul) de abur secundar 7. Circulaţia naturală a apei şi a emulsiei apă-abur se face prin ţevile de circulaţie 2.

Figura 8.23 Fig. 7.23. Vaporizator cu suprafaţa de schimb de căldură înecată

Vaporizatoarele orizontale cu suprafaţă de schimb de căldură înecată (fig. 7.23) folosesc ţevi în formă de U, prin care circulă aburul încălzitor şi condensatul său. Aceste ţevi sunt submersate într-un volum mare de apă ce trebuie vaporizată. Aburul secundar obţinut este adunat într-un dom, de unde iese printr-un racord special.