Generatoare de Abur Navale

download Generatoare de Abur Navale

of 14

Transcript of Generatoare de Abur Navale

  • 7/28/2019 Generatoare de Abur Navale

    1/14

    GENERATOARE DE ABUR NAVALE

    Generatorul de abur este echipamentul termic n care energia termic obinut n urma arderiiunui combustibil, sau obinut prin reacie nuclear sau prin efectul termic al curentului electric, estefolosit pentru producerea aburului, cu scopul de a fi utilizat mai departe n instalaii energetice caagent termic.

    Pentru c, n domeniul naval, majoritatea generatoarelor de abur utilizeaz energia termicprovenit din arderea combustibililor, mai departe vor fi prezentate maipe larg doar aceste tipuri degeneratoare.

    Generatorul naval de abur reprezint o main complex alctuit din:- Colectoare de abur;

    - Fascicule de evi (de ap sau de gaze);- Supranclzitor;- Evaporator;

    - Focare i tuburi de flacr;- Prenclzitoare de ap;- Prenclzitoare de aer;- Pulverizatoare i arztore de combustibil;- Armturi;

    7.1. Clasificarea generatoarelor navale de abur

    Generatoarele de abur utilizate la bordul navelor militare i civile se pot clasifica dupurmtoarele criterii:a) Destinaia n cadrul sistemului energetic al navei: Generatoare navale de abur principale - care furnizeaz aburul necesar funcionrii mainilor de

    propulsie;

    Generatoare navale de abur auxiliare - care furnizeaz aburul necesar mainilorauxiliare de la bord(generatoare de curent electric, pompe, etc.) i n instalaiile de nclzire (a compartimentelor navei ia tancurilor de marf);

    b) Sistemul de schimbare a cldurii ntre ap i gazele de ardere:- Generatoare navale de abur acvatubulare - la care apa circul prin tuburi iar gazele de ardere prin

    exteriorul acestora;

    - Generatoare navale de abur ignitubulare - la care gazele de ardere circul prin tuburi iar apa prinexteriorul acestora;

    c) Modul de circulaie a apei:- Generatoare navale de abur cu circulaie natural - fr a fi necesare alte agregate pentru circulaia

    apei;

    - Generatoare navale de abur cu circulaie forat - apa este vehiculat prin intermediul unor pompede circulaie;d) Modul de circulaie al aerului i a gazelor (tirajul generatorului);- Generatoare navale de abur cu tiraj natural - la care aerul circul normal fr a fi necesar utilizarea

    unor agregate suplimentare;

    - Generatoare navale de abur cu tiraj forat - la care aerul este introdus n focarul generatorului prinintermediul unor ventilatoare;

    e) Dup numrul drumurilor de gaze:- Generatoare navale de abur cu un singur traseu (drum) de gaze;

    - Generatoare navale de abur cu mai multe trasee (drumuri) de gaze;

    f) Dup principiul constructiv:

    - Generatoare navale de abur cu corp vaporizator - necesit un volum mare de ap;- Generatoare navale de abur cu evi vaporizatoare - necesit un volum mic de ap;g) Dup temperatura aburului:- Generatoare navale de abur saturat;

    - Generatoare navale de abur supranclzit;

  • 7/28/2019 Generatoare de Abur Navale

    2/14

    2

    h) Dup presiunea aburului:- Generatoare navale de abur de joas presiune (p < 15 bar);- Generatoare navale de abur de medie presiune (5 bar < p < 30 bar);

    - Generatoare navale de aburde nalt presiune (p > 30 bar).

    7.2. Generatoare de abur navale acvatubulare

    La generatoarele de abur navale acvatubulare, apa circul prin sistemul de evi, n timp cegazele circul prin exteriorul acestor evi.

    Figura 7.1. Generator de abur naval acvatubular cu trei colectoare (cu nclinare mare a evilor)

    Notaiile utilizate n figur sunt:PIA - prenclzitorul de aer;PIAA - prenclzitorul de ap;CS - colector superior;

    CI - colector inferior;

    SI - supranclzitor;TCN - eav cobortoare nenclzit;TVR - evi de vaporizare prin radiaie;FTU - fascicul de evi de urcare;FTC - fascicul de evi de coborre;FGA - focarul generatorului de abur;

    VGA - vatra generatorului de abur.

    Generatoarele de abur navale acvatubulare pot fi cu circulaie natural sau cu circulaie forat.Cele cu circulaie natural, la rndul lor pot fi difereniate funcie de nclinarea evilor.

  • 7/28/2019 Generatoare de Abur Navale

    3/14

    n figura anterioar este prezentat schema unui generator de abur cu evi cu nclinaie mare icirculaie natural a aerului. Acest generator are dou colectoare inferioare (CI) i un colector superior(CS). Arztoarele de combustibil sunt dispuse perpendiculare pe cele trei colectoare (astfel c acesteanu apar n figur).

    Sistemul fierbtor al generatorului de abur este format din cele dou fascicule de evi (FTU iFTC) ntre care este dispus un supranclzitor (SI). Fasciculul de evi cobortoare cuprinde un grup deevi nclzite prin convecie, ce alimenteaz cu ap, prin intermediul colectoarelor de ap evile deurcare vaporizatoare ale FTU i evile vaporizatoare prin radiaie (TVR). Printr-un alt circuit FTC iFTU primesc ap i de la evile cobortoare nenclzite. Generatorul este prevzut de asemenea cu

    prenclzitoare att pentru apa de alimentare ct i pentru aerul de alimentare al generatorului.n figura urmtoare este prezentat schema unui generator de abur cu evi cu nclinaie mic i

    circulaie natural a aerului. Acest generator are un colector (C) i dou camere secionale de colectarerespectiv distribuie (CSC i CSD). Arztoarele de combustibil sunt dispuse perpendiculare pecolector i pe camerele secionale (astfel c acestea nu apar n figur).

    Figura 7.2. Generator de abur naval acvatubular cu un colector principal i dou camere

    secionale (cu nclinare mic a evilor)

    Notaiile utilizate n figur sunt:PIA -prenclzitorul de aer;

    C - colector;SI - supranclzitor;TCN - eav cobortoare nenclzit;FTDS - fascicul de evi aflat dup supranclzitor;FTIS - fascicul de evi aflat nainte de supranclzitor;FGA - focarul generatorului de abur;

    VGA - vatra generatorului de abur;

    CSC - camer secional colectoare;CSD - camer colectoare distribuitoare;FTI - fascicolul de evi de ntoarcere.

    Sistemul fierbtor al generatorului de abur este format din cele dou fascicule de evi (FTIS i

    FTDS) ntre care este dispus un supranclzitor (SI) i cele dou camere de colectare/distribuie.Camera distribuitoare este alimentat cu ap din colector (C) prin intermediul evii cobortoarenenclzite (TCN). Din camera distribuitoare (CSD) apa trece prin evile de vaporizare ale celor dousisteme de fascicule (FTIS i FTDS) spre camera de colectare (CSC), unde ajung sub form deamestec ap-vapori. Prin evile de ntoarcere (FTI) amestecul este dirijat spre colector unde aburul se

  • 7/28/2019 Generatoare de Abur Navale

    4/14

    4

    separat de lichid i se adun n partea superioar a colectorului. ntre cele dou fascicule de evi esteplasat supranclzitorul (SI), a crui evi sunt perpendiculare pe evile FTIS i FTDS.

    Dup un alt criteriu de clasificare, generatoarele navale de abur acvatubulare se mpart ngeneratoare de abur acvatubulare cu trei colectoare - generatoare de form triunghiular i generatoarede abur acvatubulare cu dou colectoare - generatoare de form cilindric.Acestea sunt prezentate n figurile urmtoare:

    a) GAN acvatubular - triunghiular - simetric b) GAN acvatubular - triunghiular - ecranat

    Figura 4.3. Variante constructive de generatoare de abur navale acvatubulare triunghiulare

    c) GAN acvatubular - cilindric - simetric d) GAN acvatubular - cilindricecranat

    Figura 7.4. Variante constructive de generatoare de abur navale acvatubulare cilindrice

    Notaiile utilizate n figur sunt:CI - colector inferior;

    CS - colector superior;

  • 7/28/2019 Generatoare de Abur Navale

    5/14

    TU - evi urctoare;TC - evi cobortoare;VGA - vatra generatorului de abur;

    AC - arztor de combustibil.n figura urmtoare este prezentat un generator de abur naval acvatubular cu circulaie forat

    cunoscut i sub denumirea de cldarea La Mont".La acest tip de generatoare, viteza de trecere a apei prin evi este mult mai mare dect la cele cu

    circulaie normal. Pentru realizarea acestui scop se utilizeaz o pomp de circulaie.Notaiile utilizate n figura urmtoare sunt:

    PIA prenclzitorul de ap;T3SF treapta a treia de nclzire a sistemului fierbtor;SI supranclzitor;T2SF treapta a doua de nclzire a sistemului fierbtor;T1SF treapta nti de nclzire a sistemului fierbtor;CV colector vertical;PC pomp de circulaie;VR valvul de reinere;PA pomp de alimentare;D elemente distribuitoare;C elemente colectoare;CIA conduct de ieire a aburului;FGA focarul generatorului de abur.

    Figura 7.5. Generator de abur naval cu circulaie forat

    7.3. Generatoare de abur navale ignitubulare

    La generatoarele de abur navale ignitubulare, gazele rezultate n urma arderii combustibilului

    circul prin sistemul de evi, n timp ce apa circul prin exteriorul acestor evi, n contactul cu ele

  • 7/28/2019 Generatoare de Abur Navale

    6/14

    6

    aceasta vaporizndu-se. Acestea se mai numesc i generatoare de abur cu corp vaporizator sau cldricu volum mare de ap.

    Generatoarele de abur navale ignitubulare pot fi cu flacr direct sau cu flacr ntoars. Celemai utilizate sunt cele cu flacr ntoars datorit dimensiunilor de gabarit mai mici i debitelor maride abur.

    n figura urmtoare sunt prezentate schemele GAN cu flacr ntoars i cu flacr direct.n ambele situaii combustibilul este introdus n tubul de flacr (TF) al generatorului prin

    pulverizatorul de combustibil (PC). Gazele rezultate circul, n drumul lor spre coul de evacuare(CE) prin cutia de foc (CF) antrennd n deplasarea lor i o parte din combustibil care va continuasard n CF i mai departe trec prin tubulatura supranclzitorului (SI). Apa din interiorul generatoruluise nclzete i la partea superioar a acestuia se formeaz aburul, care se acumuleaz n domulacumulator de abur (DAA).

    a) GAN ignitubular cu flacrntoars b) GAN ignitubular cu flacr direct

    Figura 7.6. Generatoare de abur navale ignitubulare

    Notaiile utilizate n figurile anterioare sunt:AC - arztor de combustibil;TF - tubul de flacr;CF - cutia de foc;

    CE - coul de evacuare;SI - supranclzitor;DAA - domul acumulator de abur;

    VGA - vatra generatorului de abur;

    T - tirani;PT -plci tubulare;

    7.4. Caldarine navale de abur

    La navele la care nu este necesar abur pentru propulsie, pentru acionarea altor agregateenergetice se utilizeaz un generator de abur de dimensiuni reduse frecvent denumit caldarin naval.

    n funcie de proveniena cldurii destinate vaporizrii apei, caldarinele se mpart n:- Caldarine cu ardere proprie;

    - Caldarine recuperatoare de cldur.

    7.4.1. Caldar ine navale cu ardere proprie

    Acestea au o construcie similar generatoarelor navale de abur acvatubulare cilindrice, darsunt de dimensiuni mult mai mici. Schema unei astfel de caldarine este prezentat n figura urmtoare.

    La aceste caldarine, colectorul superior (CS) este pus n legtur cu colectorul inferior (CI)prin intermediul tuburilor de circulaie a apei (TCA). Focarul (FCA) acestui tip de generator de abur,

  • 7/28/2019 Generatoare de Abur Navale

    7/14

    este plasat n interiorul colectorului inferior (CI) i este prevzut cu o vatr de crmidrefractar(VCA) i un sistem de pulverizare a combustibilului (PC). Din focar gazele arse trec prin tubulatura deevacuare (TE) i ies n exteriorul caldarinei. Tirajul caldarinei este asigurat cu ajutorul unei suflanteacionate de unmotor electric. Pentru curarea colectorului inferior (CI) caldarinaeste prevzut cu oautoclav (ACL). Mantaua caldarinei (MC) este confecionat din tabl de oelcptuit cu straturi deazbest pentru a asigura o bun izolaie termic.

    Figura 1.7. Caldarin cu ardere proprie

    Notaiile din figur au urmtoarea semnificaie:CS - colector superior;

    CI - colector inferior;

    TCA - tubulatur de circulaie a apei;FCA - focarul caldarinei de abur;VCA - vatra caldarinei de abur;

    TE - tubulatura de evacuare;

    ACL - autoclav;PC - pulverizatorul de combustibil;

    MC - mantaua caldarinei.

    7.4.2. Caldar ine recuperatoare

    Acestea au o construcie similar generatoarelor navale de abur acvatubulare cilindrice cu

    circulaie forat, ns folosesc pentru vaporizarea apei energia termic a gazelor de evacuare amotoarelor principale. Temperatura acestor gaze este relativ ridicat, fiind cuprins n intervalul:- 250oC - 400oC - la motoarele n 2 timpi;

    - 400oC - 500oC - la motoarele n 4 timpi.

    Acest tip de caldarin este mult mai economic, ns funcionarea ei este posibil doar petimpul funcionrii motorului principal. Schema unei astfel de caldarine este prezentat n figuraurmtoare.

    Vaporizatorul (VAP) este format dintr-un sistem de serpentine tubulare (ST) conectat la un

    capt cu tubulatura de alimentare cu ap (TAA) i la cellalt cu colectorul de abur (CA).Serpentinele sunt montate concentric pe tubulatura de evacuare a gazelor de la motorul

    principal (GEM). Prin aceast tubulatur gazele ies, funcie de poziia clapetului rotitor (CR), astfelrealizndu-se un dozaj optim al cantitii de energie termic primit de circuitul de ap.

    Pentru circulaia apei n sistemul caldarinei este prevzut o pomp (PCA). Aceasta preia apade la separatorul de abur (SA) i o transmite n serpentina caldarinei. Pe de alt parte aburul colectatdin serpentin intr tot n separatorul de abur, i de aici este transmis mai departe ctre consumatori.

  • 7/28/2019 Generatoare de Abur Navale

    8/14

    8

    . Figura 7.8. Caldarin recuperatoare

    Notaiile din figur au urmtoarea semnificaie:VAP vaporizator;ST serpentin tubular;

    CR clapet rotitor;TB tubulatur de bypass;GEM galeria de evacuare a motorului;TAA tubulatura de alimentare cu ap;PCA pompa de circulaie a apei;CA colectorul de abur;SA separatorul de abur.

    7.5. Circuitul fluidelor n generatoarele cu abur navale

    Dup cum s-a putut observa n paragrafele anterioare n generatoarele de abur se ntlnete uncircuit ap - abur i un circuit aer- gaze de evacuare.

    7.5.1. Circuitul ap - abur al generatoarelor de abur navale

    n componena circuitului ap - abur se disting urmtoarele suprafee de schimb de cldur:- Economizorul (E) - realizeaz creterea temperaturii apei de alimentare pn la o valoare apropiat

    de cea de saturaie. Aici transferul de cldur dintre ap i gaze este de tip convectiv;- Vaporizatorul (V) - asigur trecerea apei din faz lichid n cea de abur saturat. Transferul de

    cldur se realizeaz preponderent prin radiaie;- Supranclzitorul (SI) - realizeaz supranclzirea aburului produs de vaporizator pn la nivelul de

    temperatur dorit (temperatura de supranclzire). Transferul de cldur se realizeaz convectiv sauradiativ.n figura urmtoare este prezentat amplasarea suprafeelor de schimb de cldur ntr-un

    generator de abur ce utilizeaz arderea unui combustibil ca surs de energie termic.

  • 7/28/2019 Generatoare de Abur Navale

    9/14

  • 7/28/2019 Generatoare de Abur Navale

    10/14

    10

    n figura urmtoare este prezentat schema general a circuitului aer- gaze la un generator cutiraj mixt.

    Figura 7.11. Circuitul aer - gaze de ardere n cazul tirajului mixt

    Elementele componente ale circuitului sunt:

    F - filtru de aer;

    VA - ventilator de aer;

    PA -prenclzitor de aer;SA - sistem de ardere;

    FO - focar;CAA - circuitul ap - abur;IFOA - instalaie de filtrare a oxizilor de azot;IFP - instalaie de filtrare apulberilor;VG - ventilator de gaze;

    IFOS - instalaie de filtrare a oxizilor de sulf.

    7.6. Parametri funcionali ai generatoarelor de abur navale

    7.6.1.Presiuni funcionale ale generatoarelor de abur

    Presiunea nominal a generatorului de abur

    Reprezint presiunea de lucru maxim admisibil ce se are n vedere n faza de proiectare ageneratorului de abur.

    Valorile uzuale ale acestui parametru sunt:

    Generatoare de abur de joas presiune: pn = 1,1... 6 [bar] Generatoare de abur de medie presiune: pn =6 ... 50 [bar]Generatoare de abur de nalt presiune: pn = 50 ... 245 [bar] Generatoare de abur supracritice: pn > 245 [bar]

    Presiunea nominal de regim a generatorului de abur

    Reprezint valoarea presiunii vaporilor din generatorul de abur din timpul exploatrii, careeste uzual mai mic cu 5 % dect presiunea nominal. [bar],n care pn -presiunea nominal [bar];

    Presiunea de utilizare a aburului

    Reprezint valoarea presiunii aburului la ieirea din supranclzitorul generatorului de abur.

    n care:pn -presiunea nominal [bar];PSI - cderea de presiune pe supranclzitor;

  • 7/28/2019 Generatoare de Abur Navale

    11/14

    7.6.2. Temperaturi funcionale ale generatoarelor de abur

    Temperatura nominal a generatorului de abur

    Reprezint valoarea temperaturii vaporilor supranclzii msurat dup regulatorul detemperatur sau la ieirea din supranclzitor, la debitul nominal.

    Temperatura maxim admis n economizor

    tmae = tsat - (20 ... 25) [C],

    n care tsat - temperatura de saturaie [oC];

    Temperatura de saturaie a aburului

    [C]n care pu - presiunea de utilizare a aburului [bar];

    Temperatura de supranclzire a aburului

    [C]n care tsat - temperatura de saturaie [

    oC];

    Temperatura gazelor de evacuare ale generatorului de abur

    - La utilizarea gazelor naturale: tgev = 100 ... 120 [C];

    - La utilizarea combustibilului marin greu cu coninut de sulfmai mic de 1%:tgev = 120 ... 125 [C];

    - La utilizarea combustibilului marin greu cu coninut de sulf mai mare de 1%:

    tgev = 130 ... 150 [C];

    - La utilizarea crbunelui superior (antracit, huil): tgev = 120 ... 130 [C];- La utilizarea lignitului: tgev = 140... 160 [C];

    Pentru determinareaparametrilor: presiune, temperatur, entalpie i entropie; ai aburului, seutilizeaz diagrama entalpie - entropie (i - s), prezentat n figura urmtoare.

  • 7/28/2019 Generatoare de Abur Navale

    12/14

    12

    Figura 7.12.Diagrama i-s a aburului

    7.6.3. Debite ale generatoarelor de abur navale

    Debitul nominal al generatoarelor de abur

    Reprezint debitul maxim de vapori pe care generatorul de abur trebuie s-l asigure pe timpul

    unei exploatri permanente. Acesta se determin cu formula:

    [ ]

    n care:

  • 7/28/2019 Generatoare de Abur Navale

    13/14

    Qu - cantitatea de cldur util acumulat n generatorul de abur [kW];ix - entalpia vaporilor saturai [kJ/kg];iaa - entalpia apei de alimentare [kJ/kg]; [14]

    Uzual acest parametru ia valori cuprinse n intervalul:

    Da = 10... 1000

    Debitul normal al generatoarelor de abur Dnor

    Reprezint aproximativ 80 % din debitul nominal al generatorului fiind corespunztor uneivalori optime a randamentului generatorului.

    Debitul specific al generatoarelor de abur

    Reprezint raportul dintre debitul nominal al generatoruluide abur i suprafaa de nclzire.

    [

    ]n care:

    Da - debitul nominal al generatorului de abur [kg/h];Si - suprafaa de nclzire [m

    2];

    7.6.4. Viteze funcionale ntlnite n generatoarele de abur

    Viteza de circulaie a apei prin economizor

    wcae = 0,6... 1,2

    Viteza de circulaie a gazelor de ardere prin economizor

    wcge = 6... 10

    Viteza de calcul a aburului la ieirea din supranclzitor

    n care:

    Vsma - volumul specific mediu al aburului [m3/kg];

    SitSI - seciunea intern total a supranclzitorului [m2];

    Da - debitul nominal al generatorului de abur [kg/h];

    7.6.5. Capacitatea de vapori zare a generatorului de abur

    Capacitatea de vaporizare a combustibilului utilizat

    Reprezint cantitatea de abur obinut n generator prin arderea unui kilogram de combustibil.

    n care:

    Da - debitul nominal al generatorului de abur [kg/h];

    ch - consumul orar de combustibil [kg/h].

    Capacitatea de vaporizare pe abur normal

    Parametrul este folosit pentru a face comparaie ntre diferitele tipuri de generatoare de abur.

  • 7/28/2019 Generatoare de Abur Navale

    14/14

    14

    n care:

    Da - debitul nominal al generatorului de abur [kg/h];

    in - entalpia aburului normal [kJ/kg];

    iaa - entalpia apei de alimentare [kJ/kg];

    ch - consumul orar de combustibil [kg/h].

    Prin abur normal se nelege aburul obinut la presiunea de o atmosfer din apa ce a avut iniialtemperatura de un grad Celsius sau aburul saturat lapresiunea de un bar a crui entalpie este:

    [ ]

    7.6.6. Consumul orar de combustibil al generatoarelor de abur

    n care:

    Qgev - cantitatea de cldur a gazelor de evacuare a generatorului de abur [kW];Qi -puterea calorific inferioar a combustibilului [kJ/kg].

    7.6.7. Coeficientul de exces de aer al generatoarelor de abur

    Indic cantitatea de aer necesar pentru a asigura arderea complet a cantitii de combustibilinjectat n focarul generatorului:

    n care:

    Lraif - cantitatea real de aer introdus n focarul generatorului [kg];Ltan - cantitatea teoretic de aer necesar arderii complete [kg].

    Valorile uzuale ale acestui parametru se ncadreaz n intervalul:

    7.6.8. Ti raju l generatorul ui de abur

    Din punct de vedere fizic tirajul generatorului de abur este o for de presiune (a aerului dealimentare), msurat n milimetri coloan de ap i definit ca fiind diferena de greutate dintre celedou coloane de gaze ce strbat focarul generatorului de abur.

    Condiia ca un generator de abur s poat funciona cu tiraj natural este exprimat prininegalitatea: n care:

    hc - nlimea msurat de la baza focarului pn la marginea superioar a coului deevacuare [m];

    a - greutatea specific a aerului [m3/kg];

    g - greutatea specific a gazelor de ardere, msurat la hc/2 [m3/kg].

    Adic, greutatea coloanei de aer trebuie s fie mai mare dect greutatea coloanei de gaze deardere. Astfel se poate determina tirajul ca fiind:

    ( ) Valorile uzuale ale acestui parametru se ncadreaz n intervalul:

    h = 8... 12 [mmH20]