PARTEA I1.Schema principala a unui agregat termic metalurgic cu combustie,definitie,functionare

Fig. 2. Schema principala a unui agregat termic metalurgic cu combustie

1-cuptor metalurgic de combustie

2-instalatia de recuperare a caldurii gazelor arse

3-instalatia de vehiculare a aerului de combustie

4-instalatia ardere

5-instalatie tiraj gaze arse

Definitie: Un agregat termic metalurgic este complex constituit din cuptor metalurgic, element principal si instalatii anexe:

-de producerea energiei calorice, de alimentare cu combustibil (e.e) si cu evacuare gaze arse in cazul utilizarii combustibililor.

-ca sursa de energie calorica sunt combustibilii (energia chimica) si energia electrica (arc electric in care se dezvolta o ) si energia electromagnetica in cazul cuptoarelor cu inductie electromagnetica.

Absolut toate cuptoarele cu combustie industriale utilizate la arderea combustibilului, aer cald, intrucat arderea cu aer cald duce la importante economii de combustie si in plus creste viteza de ardere si de asemenea temperatura de ardere. Pe de alta parte, caldura cu gazele arse, care ies din spatiul de lucru al cuptorului are o valoare importanta si anume intre din caldura rezultata in urma arderii combustibilului, aceasta cantitate de caldura care iese din cuptor se considera pierduta si de aceea se impune recuperarea acestei calduri. In mod obligatoriu in instalatia II se preincalzeste aerul de combustie.

Daca la iesirea din recuperatorul de aer, gazele arse mai poseda caldura, atunci se amplaseaza cazane recuperatoare in care se prepara fie apa calda, fie abur. Instalatia de recuperare a caldurii gazelor arse, se considera principala atunci cand aerul preincalzit, trebuie sa aiba o anume temperatura impusa de procesul tehnologic din cuptor si se considera auxiliara cand aerul de combustie preincalzit, conduce la o mai buna functionare a cuptorului, la temperaturi tehnologice, in cuptor.

Temperaturile impuse de procesul tehnologic sunt:

- temperaturi 1500C cuptoarele folosite topire- retopire aliaje

- temperature 1200C cuptoare pentru incalzirea metalelor, pentru deformari plastice la cald.

- temperature intre cuptoare folotite in cazul uscarii diferitelor material.

Evident ca temperaturi mai mari de 1200C nu se pot obtine decat folosind la ardere aer preincalzit.

Instalatia de recuperare a caldurii gazelor arse se imparte in doua mari categorii:

1. Recuperatoare in care cele doua fluide (gaze arse si aer) circula simultan fiind de regula construit din tevi, astfel incat fluidul circula prin tevi si celalalt printre tevi.

2. Regeneratoare in care cele doua fluide circula pe rand; exemplul tipic este cauperul (la furnal) in care se preincalzeste aerul. Cauperul are arzatorul propriu in care se arde bi-gaz (gaz furnal si gaz metan), gazele arse incalzesc gratarele din caramida refractara ale cauperelor, dupa care ies la cos, si apoi aerul de la suflanta preia caldura de la gratare si preincalzit la aproximativ 1100C, este trimis la gurile de vant ale furnalului. De regula un furnal are 4 caupere, astfel incat doua preincalzire (gaze arse) si doua pe racire (aer) dupa care se inverseaza functionarea .

3. Instalatia de vehiculare a aerului de combustie, poate fi suflanta (turbosuflanta), compresor.

4. Instalatia de ardere a combustibilului:

- arzatoare pentru combustibilii gazosi, praf. carbune

- injectoare pentru pacura

- focar cu gratar combustibili solizi

5. Instalatia de tiraj: in mediul ambient, poate fi tiraj natural realizat doar cu cosul de fum si tiraj fortat (direct/indirect) cu ajutorul ventilatoarele.

In spatiul de lucru avem o anume presiune (de exemplu aprinderea gaz metan plus aer datorita scanteii). Cea mai mare pierdere de caldura a cuptorului este caldura care iese odata cu gazele arse pe canalul de gaze arse si chiar daca se recupereaza in instalatia II creste randamentul pe ansamblul agregatului termic prin actiunea recuperatoarelor. Dar randamentul termic al spatiului de lucru al cuptorului este maxim 40%.

2. Clasificarea cuptoarelor metalurgice

a) n funcie de natura procesului termotehnologic care are loc:

cuptoare metalurgice de elaborare (topire);

cuptoare metalurgice de nclzire:

cuptoare de nclzire pentru deformri plastice;

cuptoare de nclzire pentru tratamente termice i termochimice;

cuptoare de nclzire pentru sinterizarea produselor din pulberi;

cuptoare metalurgice de uscare.

b) Dup modul de funcionare tehnologic:

cuptoare cu funcionare discontinu - se caracterizeaz prin faptul c operaiunile de ncrcare-descrcare sunt distincte n raport cu procesul metalurgic propriu-zis, astfel durata total a unui ciclu de funcionare este dat de relaia: (c=(nc+(p.m+(desc

Aceste cuptoare cu funcionare discontinu se mai numesc i cuptoare tip camer. Temperatura n interiorul acestora este una variabil n timp, sau uneori constant n timp, dar ntotdeauna constant n diferitele puncte ale spaiului de lucru.

cuptoare cu funcionare continu - la aceste cuptoare procesele de ncrcare i descrcare se suprapun peste procesul tehnologic propriu-zis, astfel: (c=(p.m Aceste cuptoare poart denumirea de cuptoare traversate. n acest caz temperatura cuptorului este constant n timp, dar variabila n spaiul de lucru.

c) Dup sursa termic:

cuptoare cu combustie:

cuptoare cu flacr;

cuptoare de tip convertizor;

cuptoare electrice.

La cuptoarele cu flacr cldura se degaj pe seama arderii unui combustibil.

n cazul cuptoarelor de tip convertizor, producerea cldurii are loc pe seama reaciilor de ardere din interiorul topiturii.

d) Dup desfurarea volumului util al cuptorului:

cuptoare tip vatr - lungimea i limea spaiului util sunt mult mai mari dect nlimea. Este cazul cuptoarelor de nclzire.

cuptoare tip cuv - cu dezvoltare pe vertical, avnd lungimea i limea mult mai mici dect nlimea. Este cazul cuptoarelor circulare, la care diametrul vetrei este mult mai mic dect nlimea.PARTEA II

3.Puterea calorica a combustibililor

Puterea caloric a combustibililor reprezint cantitatea de cldur degajat prin arderea complet a unitii de mas sau volum din combustibilul supus ncercrii n urmtoarele condiii: temperatura reactanilor i a produilor de reacie rezultai prin ardere este de 25(C; produsele de ardere ale carbonatului i sulfului sunt prezente sub form de bioxid de carbon i sulf n stare gazoas; oxidarea azotului nu are loc.

Puterea caloric constituie criteriul de baz al aprecierii valorii energetice a combustibililor i joac un rol important n construcia i funcionarea focarelor cuptoarelor metalurgice. Se noteaz cu Q i se msoar n kJ/kg pentru combustibilii solizi i lichizi sau kJ/m3N n cazul combustibililor gazoi (se admite ca unitate tolerat kcal/kg sau kcal/m3N).

La un combustibil se deosebesc: puterea caloric superioar i puterea caloric inferioar:

- dac vaporii de ap din gazele de ardere sunt considerai la 25(C n stare lichid, atunci puterea caloric este superioar i se noteaz cu Qs.

- dac vaporii de ap din gazele de ardere sunt considerai n stare necondensat, puterea caloric este inferioar i se noteaz cu Qi. Puterea caloric inferioar prezint mai mult interes practic deoarece evacuarea gazelor din cuptor se face la o temperatur suficient de mare pentru ca s nu aib loc condensarea vaporilor de ap.

Puterea caloric a unui combustibil poate fi determinat direct, pe cale experimental, sau indirect, prin calcul, cunoscndu-se analiza elementar a acestuia. Experimental puterea caloric se determin cu ajutorul bombei calorimetrice conform STAS 5269-77. Prin calcul se poate determina cu ajutorul unor formule empirice.

4.Calculul arderii combustibililor, reactii chimice in procesul de ardere

1. Noiuni generale

Transformarea energiei chimice poteniale a unui combustibil n entalpie (coninut de cldur) a produselor rezultate din reaciile care nsoesc acest fenomen, se face prin ardere. Arderea este o reacie exoterm cu vitez mare de dezvoltare a cldurii i impune participarea a cel puin doi componeni : combustibilul i oxidantul. Dac cele dou substane participante au aceeai stare de agregare, arderea este omogen; dac starea de agregare este diferit (arderea combustibilului solid sau lichid n aer) arderea este eterogen. Arderea are loc propriu- zis numai n faz gazoas, arderea substanelor solide i lichide fiind precedat de gazeificarea lor, fie prin vaporizare, fie prin descompunere termic. Spaiul n care are loc arderea combustibilului formeaz focarul agregatului termic.

Calculul arderii combustibililor, bazat pe ecuaiile chimice de combinare cu oxigenul ale elementelor combustibile din analiza elementar, urmrete determinarea cantitii de aer necesar arderii, a volumului de gaze rezultat din procesul de ardere i a temperaturii teoretice i reale de ardere.

Dup cantitatea de oxigen pus la dispoziia elementelor combustibile procesul de ardere se poate prezenta ca :

-arderea complet, dup a crei desfurare produsele rezultate nu mai posed energie chimic; Arderea complet este teoretic dac dispune de o cantitate minim de aer necesar desfurrii reaciilor chimice i este real, dac are loc n prezena unei cantiti de aer mai mare dect cantitatea stoechiometric (minim) necesar.

- arderea incomplet, caz n care substanele combustibile, nedispunnd de o cantitate suficient de oxigen, se transform parial n produse ale arderii care mai conin energie chimic.

Substanele rezultate din ardere (produsele arderii) pot fi n stare gazoas (la arderea combustibililor solizi, lichizi i gazoi) n stare solid (funinginea, cocs amorf, la arderea tuturor combustibililor ; cenua la arderea combustibililor solizi i lichizi) i n stare lichid (n anumite cazuri cenua la arderea combustibili solizi) ; produsele de ardere n stare gazoas se numesc gaze de ardere. Acestea sunt formate din componente ale oxidrii complete sau incomlpete a diferitelor elemente sau subsane din combustibil, din bilanul gazos al oxidantului (azotul i vaporii de ap din aer), din oxidantul introdus n surplus n spaiul de ardere i de produsele de volatilizare a unor componente ale combustibilului, cum ar fi vaporizarea apei, descompunerea termic a unor substane (carbonai) etc.

2. Reacii chimice n procesul de ardere

Arderea este un proces termodinamic determinat de o reacie chimica de oxidare care produce transformri structurale ale substanelor participante (combustibil i comburant) nsoit de transformarea energiei chimice a reactanilor n cldura sau n alte forme de energie.

Combinarea elementelor sau combinaiilor chimice combustibile cu oxigenul se produc cu degajare de cldur, reaciile chimice avnd un caracter exoterm. Reaciile de ardere sunt ecuaii chimice i se exprim calitativ prin reacii de forma:

n care: ni reprezint reactanii sau substanele care intr n reacie;

mj produsele de ardere sau substanele care rezult din reacie;

xi, yi coeficienii stoechiometrici care indic numrul de moli pentru reactani,

respectiv pentru produsele de ardere;

q efectul termic al reaciei de ardere n kJ/kg grd.

Viteza reaciilor de ardere depinde n general de intimitatea amestecului gaz aer i de temperatura la care se produce amestecul.

n reaciile de ardere, cantitile de substana i cele de energie rmn neschimbate, numrul de moli (deci i volumul) pot rmne constante sau se pot modifica.

Se deosebesc din acest punct de vedere reacii de contracie, cu dilatare sau cu constan de volum, dup cum numrul de moli respectiv volumul gazelor de ardere, este mai mic, mai mare sau egal cu cel al reactanilor.

Mecanismul arderii. Fiind un fenomen exoterm de oxidare, arderea este caracterizat prin faptul c se desfoar n condiii naturale, fr aport energetic din exterior.Pentru aceasta este necesar ca:

a) Combustibilul i carburantul s fie adui ntr- o stare de agitaie molecular care s asigure contactul ntre moleculele lor i, respectiv

b) Cantitatea de cldur degajat s fie suficient pentru a aduce n stare de reacie o cantitate de cel puin egal din amestecul de reactani din vecintatea centrului de reacie, astfel ca fenomenul s poat continua, fr aport termic din exterior.

Cldura de ardere reprezint efectul termic total (bilanul termic) al ntregului lan de reacii de oxidare, descompunere termic, etc., care au loc n cazul arderii.

Cantitatea de cldur necesar pentru desfurarea unei reacii de ardere la care particip combustibilul i carburantul este compus din: cldura absorbit pentru transformri fizice (nclzire, vaporizare) i cea absorbit pentru transformri chimice.

Rezult c arderea nu poate continua dac amestecul ars degaj mai puin cldur dect este necesar pentru ca s se ating temperatura de ardere a amestecului de reactani nvecinai.

Aceast situaie se ntlnete n cazul cnd este prea puin gaz n amestec i care definete o limit inferioar de amestec a gazului n carburant, fie cnd se gsete prea mult gaz n amestec, respectiv prea puin oxigen pentru a asigura oxidarea moleculelor combustibilului ceea ce definete o limit superioar de amestec gaz- carburant.

Atingerea de valori superioare sau inferioare a limitelor de amestec fac ca arderea declanat cu un aport exterior de cldur s nu poat continua.

Limitele de amestec pentru fiecare gaz n parte sunt n funcie de nivelul termic al sistemului care sunt prezentate n tabelul.

Tabelul 1 Limite de amestec n % volum n stare normal:

Gazuln aern oxigen

Limita inferioarLimita superioarLimita inferioarLimita superioar

Hidrogen (H)4,075,04,094,0

Monoxid (CO)12,574,012,594,0

Metan (CH4)5,215,05,060,0

Etan (C2H6)3,012,53,052,5

Propan (C3H8)2,29,52,245,0

Butan (C4H10)1,78,51,740,0

Pentan (C5H12)2,881,02,533,0

Pentru amestecuri de gaze combustibile, limite de amestec pot fi calculate pe baza limitelor de amestec ale componenilor conform legii lui Le Chatelier.

y1, y2 .yn este fracia molar sau volumetric a fiecrui component L1, L2,Ln limita de amestec a fiecrui component, n %vol.

La calculul procesului de ardere al combustibililor, reaciile chimice care au loc sunt considerate pentru cazul unei arderi complete att pentru elemente ct i pentru combinaiile chimice ale acestora care particip la ardere.

5.Reactiile de oxidare ale elementelor carburante

Arderea carbonului (efectul termic qC = 408714 kJ/kmol) Reacia de ardere exprim direct arderea complet, izobar a carbonului i decurge fr modificarea volumului (volumul fazei gazoase este egal cu volumul fazei gazoase a produselor de reacie).

C + O2

( CO2

1 kmol C + 1 kmol O2

( 1 kmol CO2

12 kg C + 32 kg O2

( 44 kg CO2

12 kg C + 22,41 m3N O2

( 22,41 m3N CO2

Arderea hidrogenului (efectul termic qH = 241963 kJ/kmol) Reacia de ardere a hidrogenului decurge cu dilatarea volumului, volumul produselor se dubleaz fa de volumul fazei gazoase a reactanilor.

H2 + 1/2 O2

( H2O

1 kmol H2 + 1/2 kmol O2

( 1 kmol H2O

2 kg H2 + 16 kg O2

( 18 kg H2O

1 m3N H2 + 1/2 m3N O2

( 1m3N H2O

Arderea sulfului (efectul termic qS = 292147 kJ/kmol) Reacia de ardere a sulfului decurge fr modificarea volumului.

S + O2

( SO2

1 kmol S + 1 kmol O2

( 1 kmol SO2

32 kg S + 32 kg O2

( 64 kg SO2

32 kg S + 22,41 m3N O2

( 22,41 m3N SO2

Arderea monoxidului de carbon (efectul termic qCO = 285451 kJ/kmol)

CO +1/2 O2

( CO2

1 kmol CO + 1/2 kmol O2

( 1 kmol CO2

22,41(l CO + 1/2(22,41(l O2( 22,41(l CO2

1 m3N CO + 1/2 m3N O2

( 1m3N CO2

Arderea hidrogenului sulfurat (efectul termic qH2S = 518834 kJ/kmol)

H2S + 3/2 O2

( SO2 + H2O

1 kmol H2S + 3/2 kmol O2

(1 kmol SO2 + 1 kmol H2O

22,41(l H2S + 3/2(22,41(l O2

( 22,41(l SO2 + 22,41(l H2O

1 m3N H2S + 3/2 m3N O2

( 1 m3N SO2 + 1 m3N H2O

Arderea hidrocarburilor (efectul termic qCH4 = 805290 kJ/kmol)

CmHn + (m + n/4) O2

( m CO2 + n/2 H2O

1 kmol CmHn + (m + n/4) kmol O2( m kmol CO2 + n/2 kmol H2O

1 m3N CmHn + (m + n/4) m3N O2( m m3N CO2 + n/2 m3N H2O

6.Calculul cantitatii de aer teoretice necesara arderii combustibilului

Cantitatea de oxigen necesar procesului de ardere notat L0min se calculeaz stoechiometric pe baza reaciilor de oxidare a elementelor combustibile i se poare determina att n uniti de volum ct i n uniti de mas.

Combustibilii se deosebesc prin puterea calorica =caldura degajata prin arderea unei unitati de masa [KJ/Kg] sau . Puterea calorica a combustibilului reprezinta caldura degajata in urma arderii complete a unitatii de masa: [J/Kg] sau []. Puterea calorica este de doua feluri superioara si inferioara (se tine cont de caldura absorbita pentru evaporarea apei), in practica se lucreaza cu cea inferioara pentru ca in gazele arse sunt vapori de apa.

Pentru combustibilii solizi sau lichizi din reacia de ardere a carbonului se constat c 12 kg C necesit pentru ardere 32 kg O2, un kilogram C va necesita 32/12 kg oxigen

Calculul cantitatii de aer de combustie:

=100%

1.Reactii stoechiometrice chimice

2. Volumul de oxigen necesar arderii complete a unitii de combustibil solid sau lichid se determin plecnd de la reaciile de ardere. Din reacia de ardere a carbonului se constat c la 12 kg C necesit 22,41 m3N O2; un kilogram C va necesita 22,41/12 m3N oxigen. Volumul de oxigen necesar arderii carbonului dintr- un kg de combustibil solid sau lichid va fi egal cu:

= 22,41/12 ( C/100, [ m3N oxigen / kg carbon ]

Volumul de aer teoretic necesar arderii complete a unitii de combustibil se calculeaz cu expresia

Lt = 100/21 ( V0 min, [ m3N aer / kg cb]

ntre masa de aer teoretic i volumul de aer teoretic strict necesar procesului de ardere a unitii de combustibil exist relaia :

Mt = (a ( Lt, [ kg aer / kg cb]n care :

- (a este densitatea aerului, la temperatura de 200C n [ kg/m3 ] ((a = 1,293 kg/m3N)

Pentru combustibilii gazoi sau amestecuri de combustibili gazoi din relaia de ardere a monoxidului de carbon rezult c pentru 1m3N sunt necesari 0,5 m3N de oxigen ; ntr- un m3 de combustibil gazos exist CO/100 m3N monoxid de carbon, deci volumul de oxigen necesar va fi :

= 0,5 ( CO/100, [ m3N oxigen/m3N monoxid de carbon ]

Volumul teoretic de aer necesar arderii notat cu Lt (sau Lo reprezentand cantitatea minima de aer, teoretica) va fi :

Lt = 100/21 ( L0 min, [ m3N aer/m3N cb]

7. Cantitatea real de aer necesar arderii combustibililor

Calculul cantitatii de aer

Compozitia 100% aer are:

100-

-

100 kg aer -

-

aer

X din aer

,

Pentru arderea care are loc n mod practic n focarele agregatelor termice este dificil dozarea aerului astfel nct s se obin o ardere cu raporturi riguros stoechiometrice, iar consumul de aer este mai mare dect cantitatea teoretic, acesta fiind necesarul real de aer :

Lr = ( ( L0, [ m3N aer/m3N cb];

n care :

Lr este cantitatea de aer real necesar pentru ca arderea s aib loc complet n focarul cuptorului Lt (L0) - cantitatea teoretic de aer necesar arderii, calculat stoechiometric ;

( - coeficient de exces de aer i reprezint raportul dintre cantitatea real i cea teoretic de aer asigurat arderii.

- cantitatea minima de aer (teoretica);

- cantitatea reala de aer;

Se foloseste o cantitate de aer numita reala, mai mare decat cea minima pentru a avea certitudinea ca oxigenul necesar arderii patrunde peste tot in combustibil si arderea este completa. Se numeste aer in exces

Indiferent de valoarea cantitatii de aer in exces, la ardere participa doar oxigenul din aerul minim, iar surplusul de oxigen iese cu gaze arse pe cos se numeste oxigen exces. Un exces de aer prea mare duce la urmatoarele inconveniente:

1. supraincarcarea inutila a ventilatorului de aer de combustie (consumul creste energia pentru antrenare)

2. chiar daca aerul este preincalzit (), o cantitate de aer prea mare, duce la scaderea temperaturii in spatiul de lucru al cuptorului, intervine reglajul automat al temperaturii in cuptor care actioneaza asupra admisiei combustibilului in sensul cresterii consumului de combustibil pentru a mentine temperatura constanta.

3. atmosfera prea oxidanta in spatial de lucru al cuptorului, care conduce la oxidarea

metalului supus incalzirii (apare under OFe), care se desprind de pe suprafata metalului , zgura solida.

Valoarea coeficientului de exces de aer depinde de natura combustibilului, turbulena lui, geometria focarului. Se recomand pentru ( urmtoarele valori prezentate n tabelul 4. Tabel nr.4 Coeficientul de exces de aer,(Felul combustibiluluiCoeficient de exces, (

Combustibili solizi1,25 2,0

Combustibili lichizi1,1 1,3

Combustibili gazoi1,05 1,15

Se adopta calcularea cantitatii de aer.8.Volumul de gaze arse rezultat in urma procesului de ardereVolumul de gaze rezultate din arderea teoretic a combustibililor care pe lng elementele combustibile mai conin azot, oxigen n exces i ap se obine prin nsumarea volumelor de gaze componente care rezult din reaciile chimice de ardere :

Vga = VCO2 + VSO2 + VN2 + VH2O + VO2 exces, [ m3N gaze arse/m3N comb] Pentru combustibilii solizi i lichizi Plecnd de la reaciile de ardere, masa bioxidului de carbon din gazele de ardere rezult din arderea carbonului. Din 12 kg carbon rezult 44 kg bioxid de carbon ; la un kg de carbon se formeaz 44/12 kg bioxid de carbon.

MCO2 = 44/12 ( C/100, [ kg bioxid de carbon / kg comb] ;

VCO2 = 22,41/12 ( C/100, [ m3N bioxid de carbon / kg comb] ;

Masa i volumul bioxidului de sulf dup acelai raionament va fi :

MSO2 = 64/32 ( Sc/100, [ kg bioxid de sulf / kg comb] ;

VSO2 = 22,41/32 ( Sc/100, [ m3N bioxid de sulf / kg comb].

Azotul din gazele de ardere provine din azotul din aer i azotul din combustibil :

MN2 = 76,8/100 ( Mt + N/100, [ kg azot / kg comb] ;

VN2 = 79/100 ( Lr + vN ( N/100, [ m3N azot / kg comb].

unde : vN este volumul specific al azotului (vN = 22.41/28 =0.8 m3N/kg)

Oxigenul n exces din gazele de ardere este :

MO2 = 23,2/100 ( (( - 1) Mr, [ kg oxigen / kg comb] ;

VO2 = 21/100 ( (( - 1) Lr, [ m3N oxigen / kg comb].

Gazele de ardere conin i vapori de ap care provin din umiditatea din combustibil (Wt), din oxidarea hidrogenului din combustibil (18/2 ( H/100) i din umiditatea din aerul pentru combustie (x/1000 ( Mr), iar dac una din mrimile enumerate mai sus lipsete, dispare i termenul corespunztor din relaia de calcul.

MH2O = Wt/100 + 9 H/100 + x/1000 Mr, [ kg ap / kg comb] ;

, [ m3N ap / kg comb].

unde : vH2O este volumul specific al vaporilor de ap,(vH2O = 22,41/18 = 1,242 m3N/kg) ;

(a - densitatea aerului ((a = 1,293 kg/m3N)

Se obine, efectund calculele pentru volumul de ap :

VH2O = 22,41/200 ( (H + Wt/9) + 0,00161 ( x(Lr,[ m3N ap / kg comb]

Volumul gazelor arse pentru combustibilii solizi i lichizi se poate calcula prin nsumarea volumelor calculate mai sus:

Vga = 22,41/12 ( C/100 + 22,41/32 ( Sc/100 + 79/100 ( Lr + vN ( N/100 +

+ 21/100 ( (( - 1) ( Lr + 22,41/200 ( (H + Wt/9) + 1,61 ( x ( Lr/1000 =

= (C/12 + Sc/32 + N/28 + H/2 +Wt/18) ( 22,41/100 +

+ (58 + 21 ( ( + 0,161 ( x) (Lr/100, [ m3N gaze arse / kg comb].

Pentru combustibilii gazoi volumul de bioxid de carbon din gazele de ardere care provine din bioxidul de carbon propriu al combustibilului gazos, din monoxidul de carbon i din hidrocarburi :

VCO2 = (CO2 + CO + ( m ( CmHn) / 100, [ m3N CO2 / m3N comb].

Volumul de bioxid de sulf :

VSO2 = (SO2 + H2S) /100, [ m3N SO2 / m3N comb].

Volumul de azot :

VN2 = 79/100 ( Lr ( N/100, [ m3N azot/m3N comb].

Volumul de oxigen n exces :

VO2 = 21/100 ( (( - 1) ( Lr, [ m3N oxigen/m3N comb].

Volumul de vapori de ap (umiditatea combustibilului, arderea hidrogenului, hidrocarburilor, hidrogenului sulfurat i din umiditatea aerului de combustie).

VH2O = (H2O + H2 + H2S + ( n/2 (CmHn) /100 + 0,00161 x (Lr,[ m3N ap/m3N comb].

Rezult volumul gazelor arse :

Vga = (CO2 + CO + ( (m + n/2) CmHn + SO2 + 2H2S + H2O + H2 + N2) / 100 +

+ [ 21 (( - 1) + 0,161 ( 10- 4 ( x ] ( Lr/100, [ m3N gaze arse/m3N comb].

Exemplu: se foloseste o cantitate de aer reala -21%

-

, unde [N2] reprezinta azotul din compozitia combustibilului.

Se calculeaza din reactie cat oxigen este necesar, apoi cantitatea de aer continut de .

- reprezinta cantitatea de oxigen care intra in reactia de ardere si care iese sub forma de i .

Concluzie:

Participatiile componentilor gaze arse (r):

Relatia nr 17 se va impri cu Vga, atunci:

Vga = VCO2 + VSO2 + VN2 + VH2O + VO2 ex/ si rezulta:

Unde, densitatea gazelor arse se va calcula cu :

= r

+r

+r

+r

[];

>

atunci cand gazele ardese contin preponderant CO, se poate afirma c

>

atunci in urma functionarii unui agregat cu combustie , inainte de a intra personal in spatiu de lucru al unui cuptor, este necesar sa se faca exhaustarea (evacuarea fortata a gazelor arse cu ventilatoare pentru ca gazele arse nu ies de la sine in mediu ambiant) si exista pericolul axfisierii.

Caldura specifica a gazelor arse se calculeaza ca medie ponderata a caldurii specifice ale gazelor componente.

c=rc+rc+rc+rc[]

9.Temperatura teoretic i real de ardere

Reprezint temperatura maxim care s-ar obine n spaiul de ardere, dac toat cldura fizic i chimic introdus cu combustibilul i oxidantul (sau cu alte substane) ar fi preluat din produsele de ardere gazoase sau n alt stare de agregare. Temperatura teoretic nu depinde de cantitatea de combustibil ars, fiind determinat pentru regimul stabilizat de funcionare i este o temperatur medie n ntreg volumul focarului.

Cunoaterea temperaturii teoretice este util n proiectarea instalaiilor de ardere, deoarece de la acest nivel maxim de temperatur ncepe schimbul de cldur ntre agentul termic cald i agentul termic rece. Relaia de calcul se deduce dintr- o ecuaie de bilan termic pentru un spaiu delimitat de o suprafa de referin. Valorile cantitilor de cldur introduse n sistem i a cantitilor de cldur ieite din sistem va fi :

B ( Qi + B ( ic + B ( Lr ( ia = B ( Vga ( csmga ( (tt t0) + Qdis

(22)

Deoarece temperatura teoretic nu depinde de cantitatea de combustibil, se va considera un kg combustibil solid sau lichid sau un m3N combustibil gazos i se obine relaia de calcul :

+ t0 , [ 0C ]

(23)

unde : Qi este puterea caloric inferioar a combustibilului kJ/kg (kJ/m3N) ;

Qdis cantitatea de cldur pierdut la disocierea moleculelor de CO2 i H2O

(Qdis = 2 3 % Qi);

Lr cantitatea real de aer necesar arderii combustibilului ;

ia ; ic entalpia aerului de combustie respectiv a combustibilului (dac acetia sunt

prenclzii) ;

Vga volumul gazelor arse rezultat n procesul de ardere;

csmga cldura specific medie a gazelor arse.

Temperatura real de ardere se determin cu relaia :

, [ 0C ]

(24)

unde :

( este randamentul de ardere a combustibilului (coeficient pirometric) a cror valori

sunt prezentate n tabelul 5. Valorile randamentului pirometricNr. crt.Tipul cuptoruluiRandament pirometric, (

1Cuptor pentru forj0,66 0,70

2Cuptor cu propulsie0,70 0,75

3Cuptor cu camer cu ui nchise0,75 0,80

4Cuptor de nclzire bine izolat0,80 0,85

Determinarea temperaturilor de ardere, real i teoretic se face prin ncercri succesive, datorate cldurii specifice a gazelor arse. Inconvenientul pe care l prezint calculele succesive se nltur prin determinarea temperaturii de ardere cu ajutorul diagramei I T.

n diagrama I T se reprezint variaia entalpiei volumului de gaze, rezultate din arderea cantitii unitare de combustibil, n funcie de temperatura gazelor arse.

Cunoscnd volumele pariale ale componentelor din gazele de ardere

(vCO2, vSO2, vH2O, vN2 i vO2) cu valorile entalpiilor corespunztoare, extrase din tabel la diferite temperaturi, se calculeaz entalpia gazelor arse :

iga = ( vi ( ic ; kJ/m3N,

(25)

unde :

vi este volumul parial din gazele de ardere, al componentului i, (vi = vi/vga 100)

Pentru diverse valori ale excesului de aer ( se obin n acest fel curbe care urmresc variaia entalpiei cu temperatura. Curba superioar din diagrama I T corespunde gazelor arse lipsite de exces de aer, iar cea inferioar este pentru aer curat, ntre ele fiind trasate curbele corespunztoare.

10.Temperaturi de ardere

In industrie se utilizeaza adesea amestecul de combustibili gazosi si anume (bi/tri)gaz : CH+gaz furnal , gaz de cocserie. Pentru un bigaz cantitatea celor doua gaze componente se determina astfel : se impune puterea calorica a bigazului (H), se cunosc puterile calorice ale gazelor componente H, H. Ponderea celor doua gaze:(x , y) x+y=1 (1Nmbigaz)

x H+y H=H

rezulta x= , y=.

Combustibil conventional (c.c.) este un combustibil preponderent solid a carui putere calorica este 7000*4.18[], fiind o notiune teoretica. Pentru un consummator care consuma diferite tipuri de combustibili se calculeaza echivalentul de combustibil conventional consumat astfel:

m[Nm] unde CH4 are masa 8000, atunci m*8000*4.18 =x*7000*4.18 x=, aceasta notiune de combustibil conventional se utilizeaza pentru a compara diferite consumuri.

Arderea combustibililor lichizi/solizi

Calculul se efectueaza pentru 1kg de combustibil:

H+C+N+O+W+A=100%

[H]+[C]+[N]+[O]+[W]+[A] = 1 kg

%

1. Calculul O:

C+O

CO

H+OHO

O

= O

- [O]

(26)

1kmol O (32 kg

(22.4 Nm

32 kg.22.4 Nm

[O].x

O

= [

Din relaia 26 ( O

=22.4{} [

2. Se calculeaza cantitatea minima de aer, L0

L=

L=

3. Se cantitatea volumului de gaze arese (g.a.):

V=V+V+V+V

[];

V=

V=

Unde: umiditatea, W

V=

V

4. Calculul temperaturi de ardere

H[, reprezinta puterea calorica inferioara a combustibilului ;

c cldura specific a combustibilului

a) Temperatura calorimetrica de ardere

V=V+V++V

H=V

[;

b) Temperatura teoretica: o parte din caldura gazele este sub forma de caldura disipata:

Q=

arderea se considera cu exces de aer:

V=V+V++V

EMBED Equation.DSMT4 +V

H- 0.02 H=Vct

t=

c=;

c= caldura specifica din fiecare component i, se ia la valoare medie, intre [ 0C t]

c) Temperatura reala de ardere (cu exces de aer), se consuma Q dar in plus fata de t se ia in considerare faptul c, o mare parte din cldura rezultat se pierde prin pereii incintei n mediul inconjurator.

H-[Q+Q]=

t=< t

t=

- randamentul pirometric ine seama de pierderile de cldura ale gazelor arse in mediul inconjurator;

t=

Obs: temperatura de ardere nu depinde de cantitatea de combustibil care se arde.

Exemplu: Daca arde o masa de combustibil m, atunci vom avea:

Caldura rezultata : m H [kg sau Nm*]

t=

. Caldura rezultata este direct proportionala cu cantitatea de combustibil utilizat in procesul tehnologic.

d) Temperatura tehnologic: este temperatura pe care trebuie sa o aiba gazele arse pentru a se putea realiza un anumit proces tehnologic in agregat.

t

unde: t- temperatura final a materialelor:

- pentru uscare t50C;

- tratament termic 80C;

- ncalzirea metalelor pentru deformari plastice tC;

- topire si retopire metale / aliaje t 200C;

Cazuri:

a) t (in cazul incalzirii pentru deformari plastice la o temperaturaC);

b) t (in cazul cuptoarelor de uscare la care temperatura tehnologica este C);

c) t

cazul cuptoarelor de elaborare;

PARTEA III11.Dinamica produselor de ardere in spatiul de lucru al cuptorului metalic

-modul de deplasare al punctului de ardere in spatiu de ardere al cuptorului este foarte important pentru ca de acesta depinde distributia temperaturii si a presiunii in spatiul de lucru, intensitatea schimbului de Q dintre produsele de ardere si material si durabilitatea materialelor ceramice din care se executa, zidaria spatiului de lucru.Principalele ecuatii ale dinamicii produselor de ardere sunt:

1. Legea continuitii - exprim principiul conservrii masei i arat c de-a lungul unui curent de fluid, debitul masic este constant n orice seciune transversal, dac nu intervin schimburi cu exteriorul. Relaia de calcul este :

Fig. 3 Reprezentarea grafic a legii continuitiiS1w1(1 = S2w2(2 = . .. = Snwn(n (11)

unde :

-(n reprezint densitatea fluidului n n kg/m3.

n cazul fluidelor incompresibile (lichidele pentru domeniul uzual de variaie a presiunii) densitatea rmne constant i deci ecuaia de continuitate ia forma :

S1 (w1 = S2 (w2 = ... = S(w = const. (11.1)

1) Ecuatia continuitatii:

Dm-debit masic (masa/timp)

Dv debit volumic D=ct

EMBED Equation.3

A-sectiunea de curgere W= viteza [m/s]

-Daca fluidul este incompresibil rezulta

La debit constant daca sectiunea de curgere scade atunci viteza creste si invers.

2. Legea conservrii energiilor (legea lui Bernoulli) ia n considerare aspectul energetic al curgerii i se enun astfel : presiunea total este constant n oricare punct al unui curent staionar, fr frecri. Relaia de calcul este :

, [ N/m2 ] (12)

Fig. 4 Reprezentarea grafic a legii energiilorsauPst + Pd + Pg = const. (12.1)

unde :

- p1, p2 sunt energiile specifice de presiune i reprezint presiunea static n seciunea 1 respectiv 2 n N/m2;

- h(g(( este energia potenial de poziie i reprezint presiunea geometric n N/m2;

- w2 (/2 este energia cinetic a fluidului n micare i reprezint presiunea dinamic n N/m2.

Presiunea dinamic se exercit numai n direcia micrii fluidului, iar cea static se exercit n toate direciile.

3. Legea conservrii impulsului se stabilete ntr-o form proprie ca o relaie de echilibru a unui sistem de fore i se folosete la calcului reaciunilor pereilor rigizi asupra curentului de fluid. n cazul amestecului a dou fluide cu aceeai stare de agregare comportarea fizic a acestuia se determin cu relaia :

(13)

Fig. 5 Reprezentarea grafica a legii impulsuluiunde :

- m1, m2... mn sunt debitele masice ale fluidelor care intr n amestec n kg/h;

- w1,w2...wn sunt vitezele fluidelor care intr n amestec n m/s;

- wam - viteza amestecului rezultat n m/s.

PARTEA IV11.Instalatii pentru evacuarea gazelor arse din spatiul de lucru al cuptoarelor: generalitati, soluii constructive pentru courile de fum, tipuri de cosuri de fumGeneraliti

Pentru evacuarea gazelor din spaiul de lucru al cuptoarelor n atmosfer se folosesc instalaii speciale care creeaz o depresiune la baza lor i care se numesc instalaii de tiraj. Evacuarea gazelor se face n dou moduri :

pe cale natural (fr aport de energie din exterior), respectiv instalaii de tiraj natural

pe cale artificial, respectiv instalaii de tiraj forat.

Instalaia de tiraj natural se realizeaz cu ajutorul coului de fum care creeaz o diferen de presiune la baza sa datorit diferenelor de densitate dintre gazele arse i mediu (aerul atmosferic).

Instalaia de tiraj artificial se realizeaz prin aspiraie direct cu ajutorul exhaustoarelor sau indirect cu ajutorul ejectoarelor.

Indiferent de tipul, instalaiei de transport a gazelor, acesta trebuie s ndeplineasc urmtoarele funcii principale:

s menin n spaiul de lucru al cuptorului regimul de presiuni evaluat prin presiunea (pc = 0,5((pv + (pb) impus de necesitai tehnologice;

s asigure tirajul util pu prin care se nelege depresiunea necesar tehnologic la baza instalaiei;

s asigure la gura de refulare o suprapresiune minim (presiune atmosferic) necesar trecerii a gazelor n mediul nconjurtor.

Coul de fum cu tiraj natural

Evacuarea gazelor de ardere din agregate se face, de obicei, la o oarecare distan fa de acesta. Traseul este strbtut de gaze prin canalul de fum care, de multe ori, este subteran i n care gazele sufer pierderii de presiune. Deci, dac la ieirea din incinta agregatului (cuptorului)

gazele au presiunea egal cu cea a aerului ambiant, la punctul final al canalului de fum ele ajung cu depresiune, ceea ce face necesar crearea unei creteri de presiune pentru a se putea evacua n atmosfer. Sursa de cretere a presiunii este suprapresiunea geometric a gazelor, determinat de circulaia lor n sus prin coul de fum cu tiraj natural (adic prin creterea energiei lor poteniale), sau prin antrenarea lor cu consum exterior de energie (creterea energiei lor cinetice), n courile cu tiraj artificial.

2

Fig.1. Evacuarea gazelor de ardere din cuptor prin co de fum cu tiraj natural:

a schema traseului gazelor; b variaia suprapresiunii

gazelor pe traseu.

n figura 1 sunt prezentate schema traseului de evacuare a gazelor de la orificiul de ieire din cuptor pn la gura coului cu tiraj natural i variaia presiunii acestora pe acest traseu. Punctul A corespunde unei seciuni aflate imediat naintea intrrii gazelor de ardere n orificiul de evacuare. Se consider c aici presiunea static a gazelor este aproximativ egal cu cea atmosferic i c presiunea lor dinamic este nul. Punctul B corespunde seciunii aflate la baza coului, iar C aparine seciunii de la gura coului.

Scderea presiunii gazelor ntre A i B se datoreaz nsumrii pierderilor de presiune prin frecare i locale, ca i a suprapresiunilor geometrice, pozitive i negative. Depresiunea gazelor la

nivelul bazei coului i care este compensat de suprapresiunea lor geometric din co, poart numele de tirajul coului.

12.Instalaii de tiraj natural

Instalaiile de tiraj natural sunt instalaii realizate cu ajutorul courilor de fum. Dimensionarea instalaiei de tiraj natural se rezum la determinarea diametrului la gura coului, la baza coului i a nlimii acestuia H.

nlimea H a coului de fum trebuie s aib dimensiuni minime de 20-22 m, acesta fiind impus de condiiile de protecie a mediului (H ( 20 m), cu condiia ca s aib o nlime care s depeasc cu cel puin 5 m cea mai nalta cldire pe o raza de 100 m.

Fig.4 Co de fum care deservete mai multe cuptoareDup nlime courile industriale au fost clasificate n :

- couri de nlimi mici, H = 15-50 m;

- couri de nlimi medii, H = 55-80 m;

- couri de nlimi mari, H = 85-120 m;

- couri de nlimi foarte mari, H = 125-280 m.

Cnd coul de fum deservete mai multe cuptoare, ( fig. 4 )acesta se va dimensiona pentru suma volumelor de gaze evacuate din cuptoarele respective:

iar pierderea total de presiune de la cuptor la baza coului (pu se va calcula pe traseul cel mai lung(cazul C1- co).

La construcia courilor de fum se poate utiliza diverse materiale cum ar fi : crmid, beton, metal sau combinaii ntre acestea. n alegerea soluiilor constructive trebuie s se in cont de compoziia gazelor arse, viteza de evacuare, temperatura gazelor din interiorul coului, precum i soluiilor de ntreinere i urmrire n funcionare a acestora (vezi tabelul)

Tabelul nr.1. Soluii constructive pentru courile de fum

Nr.

ctrnlimea

[m]Gr. de seismicitateTemperatura gazelorAgresi-

vitateaStructura de rezistentaTipul proteciei

115 - 306-7-8

9110-250

250-500S . A

P . Acrmida roie

tuburi metalice

beton armattencuiala mortar

zidrie refractara

beton refractar

230 - 556-7

8-9110-250

250-500S . A

P . Acrmida roie

tuburi metalice

beton armatzidrie refractara

zidrie antiacid

beton refractar

360 756-7

8-9110-250

250-500S . A

P . Acrmida roie

beton armat cu cofraje micizidrie refractara

zidrie antiacid

480 1006-7

8-9110-250

250-500S . A

P . Acrmida roie

beton armat cu cofraje mediizidrie refractara

zidrie antiacid

5110 1606-7

8-9110-250

250-500S . A

P . Acrmida roie

beton armat cu cofraje marizidrie refractara

zidrie antiacid

S.A - slab agresive (coninutul de sulf sau ali compui minerali sub 1,5%).

P.A - puternic agresive(coninut de sulf si compui de Mg, Si, H2SO4, substane alcaline peste 1,5% ).

Acestea sunt instalaiile la care evacuarea produselor de ardere se realizeaz cu ajutorul ventilatoarelor. n practica dup modul de realizare a depresiunii n canalul de fum, instalaiile de tiraj artificial se mpart n:

instalaii de tiraj artificial direct la care circulaia se face cu ajutorul exhaustoarelor ;

instalaii de tiraj artificial indirect la care circulaia se face cu ajutorul ejectoarelor.

Folosirea instalaiilor de tiraj artificial a fost impusa pe de o parte datorit intensificrii regimului de funcionare a cuptoarelor i datorit scderii temperaturii gazelor arse evacuate la co , deoarece se utilizeaz instalaii de recuperare a cldurii cu randament ridicat pe traseul acestor gaze.13.Instalaii de tiraj artificial directConst n aspiraia i refularea totala a gazelor de ardere cu ajutorul unui ventilator care transport direct (pin corpul su) gazele din canalul de fum ntr-un co metalic a crui rol este de a asigura evacuarea gazelor la nlimi mai mari dect cea a cldirilor din jur pe o raz de 100 m.

Funcionare. Evacuarea gazelor (vezi fig. 4 )se face cu ajutorul exhaustorului 2 care creeaz la aspiraie o depresiune pentru absorbia gazelor din canalul de fum i o suprapresiune pentru evacuarea gazelor n atmosfer cu ajutorul coului de fum 4. Revenirea gazelor la gura de aspiraie a ventilatorului este prevenit prin meniunea n poziia nchis a registrului de fum 3. Dac temperatura gazelor arse este mai mare de 450 0C apare pericolul deteriorrii rotorului ventilatorului. n acest caz se recomanda diluia gazelor arse cu aer rece aspirat prin ventilul de aer 1. Courile de fum sunt n majoritate metalice i sunt prevzute cu parascntei.

Dimensionarea instalaiei de tiraj artificial direct const n stabilirea parametrilor principali de funcionare ai ventilatorului n vederea alegerii acestuia din catalogul de ventilatoare. Aceti parametri sunt: presiunea total , debitul ventilatorului i puterea motorului electric de acionare. Dimensionarea se face n doua situaii n funcie de temperatura gazelor arse la gura de aspiraie a ventilatorului.

a) temperatura gazelor arse este mai mic dect temperatura admisibil a ventilatorului (tga < tadv). n acest caz ventilul se va menine nchis astfel nct volumul de gaze vehiculat de ventilator este volumul de gaze arse evacuate din cuptor. n acest caz debitul ventilatorului este:

, [ m3/s ]

iar seciunea canalului de gaz va fi:

, [ m2 ]

b) temperatura gazelor arse este mai mare dect temperatura admisibil a

ventilatorului(tga > tadv). n acest caz pentru scderea temperaturii gazelor arse se deschide ventilul de aer , avnd loc o diluie a gazelor arse cu aerul rece atmosferic pn cnd temperatura gazelor este mai mic sau cel mult egal cu temperatura admisibil de funcionare a ventilatorului. Debitul ventilatorului este:

Dr = (Vga + Va)((1 + ((tamest.) , m/h

Volumul de aer aspirat Va se determin din condiia de amestec:

Qga +Qa = Qamest.

, [kj/m h grd ]

n care:

tam este temperatura amestecului care se considera a fi egala cu temperatura admisibila a ventilatorului(tam = tadv) n 0C ;

cam -cldura specific medie a amestecului n kj/m h grd .

Presiunea totala este data de relaia :pt = pst +pdin , [ N/m ]

presiunea statica este:pst =pref ( ((pasp) = pref + pasp , [ N/m ]

presiune la aspiraie (pasp) este :

presiunea la refulare(pref), este:

presiunea dinamica (pdin) este:

unde:

(pv-ev reprezint pierderile de presiune de la ventilator la evacuarea din cos ;

H1 - nlimea coului de fum ; m

wref - viteza gazelor de ardere la gura de refulare a ventilatorului n m/s. (Wr=Vg/Sr.3600);

Sr- seciunea de refulare a ventilatorului n m2.

Instalaia de tiraj artificial indirectn acest caz depresiunea de la baza instalaiei se realizeaz cu un fluid ejector iar produsele de ardere antrenate se numesc fluide ejectate.

Drept fluid ejector se folosete aerul atmosferic , gazele aspirate din canalul de evacuare sau aburul. Instalaia de tiraj artificial indirect trebuie sa ndeplineasc doua condiii:

aspirarea gazelor din canal

refularea lor.

Funcionare. Fluidul ejector se introduce cu ajutorul unui ventilator la o presiune p1 , n instalaie , care conduce la obinerea unei viteza w1 a masei de fluid (aer , abur etc) ejector. Acest fluid venind cu o cantitate de micare realizeaz tirajul util al instalaiei. Prin depresiunea static aprut n jurul su , jetul aspir gazele arse din canalul de fum , crend o depresiune (- p3) la gtul ejectorului mai negativ dect presiunea gazelor din canalul p2. Pentru ca valoarea absolut a depresiunii s fie ct mai mare , traseul gazelor arse se termin prin confuzorul 4. De aceea seciunea confuzorului se micoreaz , presiunea dinamica a gazelor va crete iar presiunea static se va diminua corespunztor cu presiunea dinamic , care conduce la creterea vitezei gazelor. Amestecarea celor dou gaze (ejector i ejectat) are loc n camera de amestec 5 , care se continu cu difuzorul 6 la captul cruia se obine o suprapresiune p4 prin creterea presiunii statice datorit scderii presiunii dinamice , necesar nvingerii presiunii atmosferice. Dirijarea gazelor la nlimi admise de condiiile de protecie a mediului se face cu ajutorul coului de fum 7.

Rolul confuzorului este de a transforma presiunea static n presiune dinamic i rolul difuzorului este de a transforma presiunea dinamic n presiune static prin micorarea vitezei.

Aceste transformri constituie mecanismul de funcionare a instalaiei.

Instalaia este folosita pentru evacuarea gazelor arse pn la temperaturi de 400 600 C precum i la transportul gazelor arse impurificate i corozive , deoarece prin aceast metoda se evit atacul termochimic i distrugerea ventilatorului.REGLAREA REGIMULUI GAZODINAMIC DIN SPAIUL DE

LUCRU AL CUPTOARELOR

Necesitatea reglrii regimului de presiuni din spaiul de lucru al cuptoarelor este impusa de:

regimurile termice si schimburi de cldura variabile pe durata procesului ;

intensificarea proceselor termotehnologice care au loc n cuptoare ;

modificarea unor parametri funcionali datorita modernizrilor sau uzurii agregatului fata de cei iniiali pentru care a fost proiectata instalaia de tiraj ;

intensificarea recuperrii cldurii gazelor arse.

Metoda prin care se activeaz n direcia modificrii presiunii din cuptor este reprezentata de variaia rezistentei hidraulice a orificiului de evacuare a gazelor cu ajutorul registrului de fum.

Conform acestei metode , prin obturarea orificiului de evacuare se mrete presiunea din spaiul de lucru iar prin ridicarea registrului se obtin micorarea presiunii din cuptor. Tot astfel se regleaz si debitul gazelor evacuate la cos cu ajutorul instalaiei de tiraj.

Coul de fum cu tiraj artificial

Acest tip de couri se prevd atunci cnd nu este posibil, sau rentabil, construirea courilor cu tiraj natural ( lips de spaiu, nlime prea mare, cost exagerat).

Aceste couri de fum au nlimea minim prevzut de normele sanitare, iar tirajul este asigurat pe cale artificial, prin consum exterior de energie.

Courile cu tiraj artificial sunt de dou tipuri:

- cu aciune direct (tip exhaustor);

Fig.6 Schema coului de fum cu tiraj artificial, tip exhaustor: 1 canal de fum; 2 registru; 3 co de fum; 4 ventilator (exhaustor); 5 racord de absorbie a gazelor; 6 conduct de refulare.

14.Transportul fluidelor prin conducte si canale

1. Transport prin refulare

2. Transport prin aspiratie

3. Transport mixt

1) Refulare = are loc fie in mod natural daca exista diferenta de (t, ), fie artificial cu pompe sau ventilatoare.

reprezinta puterea, Lucru mecanic util = Putere

V=debit

2) Aspiratie

3) mixt

N=putere ventilator

Instalatii etanse

Pentru o functionare optima a unui agregat termic in combustie se impune ca in ritmul producerii gazelor arse sa aiba loc evacuarea acestora in mediul ambiant.Observatie:

Intr-o incinta in care se obtine gaze arse si care incinta este etansa, au loc explozii datorate presiunii crescute a gazelor arse.

Evacuarea gazelor arse din spatial de lucru al unui cuptor, se realizeaza prin tiraj.Tirajul poate fi:

-natural

-artificial

Tirajul natural se realizeaza cu ajutorul cosului de fum si pe de alta parte datorita diferentei si

Tirajul artificial se realizeaza cu ajutorul unor forte exterioare gazului datorat de ventilator.

Tirajul natural

Registrul de reglarea presiunii = canalul de fum face legatura dintre cuptor si cosul de fum, si este sub nivelul solului. Daca solul in care este ingropat canalul nu este umed, are loc o scadere de a gazelor arse de iar daca solul este umed scaderea de este de .

Tirajul natural se datoreaza apartinerii cosului de fum si faptului ca temperatura gazelor arse la baza cosului este mai mare decat temperatura mdiului ambiant.

Pe canalul de gaze arse este recuperatorul de Q care de regula preincalzeste aerul de combustie.

Nu trebuie scaderea a gazelor arse prea mult, si anume la baza cosului (limita) a gazelor arse trebuie sa fie de aproximativ .

Se impune aceasta limita din doua motive:

sa nu aiba loc condensarea vaporilor de apa din gazele arse, pentru a evita coroziunea tevilor metalice ale recuperatorului;

si cu cat gazelor arse la cos este mai mare cu atat tirajul este mai bun.

Pe canalul de gaze este un registru de reglare a presiunii si anume la coborarea clapetei creste presiunea in spatiul de lucru al cuptorului si invers.

Considerand ca in spatial de lucru presiunea gazelor arse notata cu este egala cu presiunea atmosferica la nivelul solului rezultat datorita rezistentelor hidraulice la curgere prin canalul de gaze arse, presiunea gazelor la baza cosului este mai mica decat presiunea atmosferica si sa notat () care e o depresiune.

EMBED Equation.3 =reprezinta suma pierderilor de presiune datorate frecarilor cu peretii canalului pe lungime.etc, pierderi locale datorate schimbarii directiei de curgere sau a diametrului canalului, pierderi de frecare la trecerea printre tevile recuperatorului.

Cand gazele arse coboara pe o inaltime h, atunci este o pierdere de presiune, fiind ca o rezistenta hidraulica pentru ca gazele arse au tendinta de a urca fiind usoare; si daca circula de sus in jos, actiunea presiunii geometrice constituie o rezistenta hidraulica.

=rezistenta hidraulica, iar pentru , ajuta la tiraj, de aceea se scade din suma .

Diferenta dintre si respective, invingerea rezistentelor hidraulice de pe canal, trebuie realizata de cosul de fum.

Calculul inaltimii cosului de fum se va face astfel incat sa se obtina la baza cosului o depresiune.Se considera insa un surplus de caderi de 20 30% datorita urmatorilor factori:

1. suprasolicitare termica in spatial de lucru al cuptorulu (ex.: daca creste incarcatura din cuptor, scade si tirajul se inrautateste)

2. apar infiltratii de aer fals (rece) prin neetansietatile spatiului de lucru sau ale canalelor care de asemenea duc la scaderea (inrautateste tirajul).

3. suspensii in gazele arse care cresc pierderile locale

s.n tiraj util

Se calculeaza la cos

Demonstratie

Ecuatia de echilibru coloana gaz

Rezulta

Pe verticala, presiunea unei coloane de gaz scade cu H, cu valoarea , dar scaderea presiunii gazului din cos, este cu mult mai mic decat presiunea atmosferica exterioara cosului pentru ca: astfel la varful cosului, presiunea gazelor este mai mare decat presiunea atmosferica, ceea ce explica tirajul.

, oricare ar fi anotimpul.

este mai mic iarna, ceea ce face ca iarna (in soba de teracota, schimbul de caldura are loc prin convectie si radiatie, acest coeficient direct proportional cu viteza de curgere a gazelor arse).

Calculul diametrelor cosului de fum.

debit gaze care trebuie evacuate pe cos.

B=consum combustibil cuptor

= calculul arderii

n=coeficient

Daca n > 1: au loc patrundere de aer fals.

n