Instalatii de forta cu abur si gaze

1

CURSUL 3. GENERATOARE DE ABUR NAVALE

Generatorul de abur este echipamentul termic în care energia termică obţinută în urma

arderii unui combustibil, sau obţinută prin reacţie nucleară sau prin efectul termic al curentului

electric, este folosită pentru producerea aburului, cu scopul de a fi utilizat mai departe în

instalaţii energetice ca agent termic.

Pentru că, în domeniul naval, majoritatea generatoarelor de abur utilizează energia

termică provenită din arderea combustibililor, mai departe vor fi prezentate mai pe larg doar

aceste tipuri de generatoare.

Generatorul naval de abur reprezintă o maşină complexă alcătuită din:

- Colectoare de abur;

- Fascicule de ţevi (de apă sau de gaze);

- Supraîncălzitor;

- Evaporator;

- Focare şi tuburi de flacără;

- Preîncălzitoare de apă;

- Preîncălzitoare de aer;

- Pulverizatoare şi arzătore de combustibil;

- Armături;

3.1. Clasificarea generatoarelor navale de abur

Generatoarele de abur utilizate la bordul navelor militare şi civile se pot clasifica după

următoarele criterii:

a) Destinaţia în cadrul sistemului energetic al navei:

• Generatoare navale de abur principale - care furnizează aburul necesar funcţionării maşinilor

de propulsie;

• Generatoare navale de abur auxiliare - care furnizează aburul necesar maşinilor auxiliare de la

bord (generatoare de curent electric, pompe, etc.) şi în instalaţiile de încălzire (a

compartimentelor navei şi a tancurilor de marfă);

b) Sistemul de schimbare a căldurii între apă şi gazele de ardere:

- Generatoare navale de abur acvatubulare - la care apa circulă prin tuburi iar gazele de ardere

prin exteriorul acestora;

- Generatoare navale de abur ignitubulare - la care gazele de ardere circulă prin tuburi iar apa

prin exteriorul acestora;

c) Modul de circulaţie a apei:

- Generatoare navale de abur cu circulaţie naturală - fără a fi necesare alte agregate pentru

circulaţia apei;

- Generatoare navale de abur cu circulaţie forţată - apa este vehiculată prin intermediul unor

pompe de circulaţie;

d) Modul de circulaţie al aerului şi a gazelor (tirajul generatorului);

- Generatoare navale de abur cu tiraj natural - la care aerul circulă normal fără a fi necesară

utilizarea unor agregate suplimentare;

- Generatoare navale de abur cu tiraj forţat - la care aerul este introdus în focarul generatorului

prin intermediul unor ventilatoare;

e) După numărul 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) După principiul constructiv:

- Generatoare navale de abur cu corp vaporizator - necesită un volum mare de apă;

C3 - 2

- Generatoare navale de abur cu ţevi vaporizatoare - necesită un volum mic de apă;

g) După temperatura aburului:

- Generatoare navale de abur saturat;

- Generatoare navale de abur supraîncălzit;

h) După presiunea aburului:

- Generatoare navale de abur de joasă presiune (p < 15 bar);

- Generatoare navale de abur de medie presiune (5 bar < p < 30 bar);

- Generatoare navale de abur de înaltă presiune (p > 30 bar);

3.2. Generatoare de abur navale acvatubulare

La generatoarele de abur navale acvatubulare, apa circulă prin sistemul de ţevi, în timp

ce gazele circulă prin exteriorul acestor ţevi.

Figura 3.1. Generator de abur naval acvatubular cu trei colectoare (cu înclinare mare a ţevilor)

Notaţiile utilizate în figură sunt:

PIA - preîncălzitorul de aer;

PIAA - preîncălzitorul de apă;

CS - colector superior;

CI - colector inferior;

SI - supraîncălzitor;

TCN - ţeavă coborâtoare neîncălzită;

3

TVR - ţevi de vaporizare prin radiaţie;

FTU - fascicul de ţevi de urcare;

FTC - fascicul de ţevi de coborâre;

FGA - focarul generatorului de abur;

VGA - vatra generatorului de abur.

Generatoarele de abur navale acvatubulare pot fi cu circulaţie naturală sau cu circulaţie

forţată. Cele cu circulaţie naturală, la rândul lor pot fi diferenţiate funcţie de înclinarea ţevilor.

În figura anterioară este prezentată schema unui generator de abur cu ţevi cu înclinaţie

mare şi circulaţie naturală a aerului. Acest generator are două colectoare inferioare (CI) şi un

colector superior (CS). Arzătoarele de combustibil sunt dispuse perpendiculare pe cele trei

colectoare (astfel că acestea nu apar în figură).

Sistemul fierbător al generatorului de abur este format din cele două fascicule de ţevi

(FTU şi FTC) între care este dispus un supraîncălzitor (SI). Fasciculul de ţevi coborâtoare

cuprinde un grup de ţevi încălzite prin convecţie, ce alimentează cu apă, prin intermediul

colectoarelor de apă ţevile de urcare vaporizatoare ale FTU şi ţevile vaporizatoare prin radiaţie

(TVR). Printr-un alt circuit FTC şi FTU primesc apă şi de la ţevile coborâtoare neîncălzite.

Generatorul este prevăzut de asemenea cu preîncălzitoare atât pentru apa de alimentare cât şi

pentru aerul de alimentare al generatorului.

În figura următoare este prezentată schema unui generator de abur cu ţevi cu înclinaţie

mică şi circulaţie naturală a aerului. Acest generator are un colector (C) şi două camere

secţionale de colectare respectiv distribuţie (CSC şi CSD). Arzătoarele de combustibil sunt

dispuse perpendiculare pe colector şi pe camerele secţionale (astfel că acestea nu apar în

figură).

Figura 3.2. Generator de abur naval acvatubular cu un colector principal şi două camere

secţionale (cu înclinare mică a ţevilor)

C3 - 4


PIA - preîncălzitorul de aer;

C - colector;


TCN - ţeavă coborâtoare neîncălzită;

FTDS - fascicul de ţevi aflat după supraîncălzitor;

FTIS - fascicul de ţevi aflat înainte de supraîncălzitor;

FGA - focarul generatorului de abur;

VGA - vatra generatorului de abur;

CSC - cameră secţională colectoare;

CSD - cameră colectoare distribuitoare;

FTI - fascicolul de ţevi de întoarcere.

Sistemul fierbător al generatorului de abur este format din cele două fascicule de ţevi

(FTIS şi FTDS) între care este dispus un supraîncălzitor (SI) şi cele două camere de

colectare/distribuţie. Camera distribuitoare este alimentată cu apă din colector (C) prin

intermediul ţevii coborâtoare neîncălzite (TCN). Din camera distribuitoare (CSD) apa trece

prin ţevile de vaporizare ale celor două sisteme de fascicule (FTIS şi FTDS) spre camera de

colectare (CSC), unde ajung sub formă de amestec apă-vapori. Prin ţevile de întoarcere (FTI)

amestecul este dirijat spre colector unde aburul se separat de lichid şi se adună în partea

superioară a colectorului. Între cele două fascicule de ţevi este plasat supraîncălzitorul (SI), a

cărui ţevi sunt perpendiculare pe ţevile FTIS şi FTDS.

După un alt criteriu de clasificare, generatoarele navale de abur acvatubulare se împart

în generatoare de abur acvatubulare cu trei colectoare - generatoare de formă triunghiulară şi

generatoare de abur acvatubulare cu două colectoare - generatoare de formă cilindrică.

Acestea sunt prezentate în figurile următoare:

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

Figura 3.3. Variante constructive de generatoare de abur navale acvatubulare triunghiulare

5

c) GAN acvatubular - cilindric - simetric d) GAN acvatubular - cilindric – ecranat

Figura 3.4. Variante constructive de generatoare de abur navale acvatubulare cilindrice




TU - ţevi urcătoare;

TC - ţevi coborâtoare;


AC - arzător de combustibil.

În figura următoare este prezentat un generator de abur naval acvatubular cu circulaţie

forţată cunoscut şi sub denumirea de „căldarea La Mont".

La acest tip de generatoare, viteza de trecere a apei prin ţevi este mult mai mare decât la

cele cu circulaţie normală. Pentru realizarea acestui scop se utilizează o pompă de circulaţie. Notaţiile utilizate în figura următoare sunt:

PIA – preîncălzitorul de apă;

T3SF – treapta a treia de încălzire a sistemului fierbător;

SI – supraîncălzitor;

T2SF – treapta a doua de încălzire a sistemului fierbător;

T1SF – treapta întâi de încălzire a sistemului fierbător;

CV – colector vertical;

PC – pompă de circulaţie;

VR – valvulă de reţinere;

PA – pompă de alimentare;

D – elemente distribuitoare;

C – elemente colectoare;

CIA – conductă de ieşire a aburului;

FGA – focarul generatorului de abur.

C3 - 6

Figura 3.5. Generator de abur naval cu circulaţie forţată

3.3. Generatoare de abur navale ignitubulare

La generatoarele de abur navale ignitubulare, gazele rezultate în urma arderii

combustibilului circulă prin sistemul de ţevi, în timp ce apa circulă prin exteriorul acestor ţevi,

în contactul cu ele aceasta vaporizându-se. Acestea se mai numesc şi generatoare de abur cu

corp vaporizator sau căldări cu volum mare de apă.

Generatoarele de abur navale ignitubulare pot fi cu flacără directă sau cu flacără

întoarsă. Cele mai utilizate sunt cele cu flacără întoarsă datorită dimensiunilor de gabarit mai

mici şi debitelor mari de abur.

În figura următoare sunt prezentate schemele GAN cu flacără întoarsă şi cu flacără

directă.

În ambele situaţii combustibilul este introdus în tubul de flacără (TF) al generatorului

prin pulverizatorul de combustibil (PC). Gazele rezultate circulă, în drumul lor spre coşul de

evacuare (CE) prin cutia de foc (CF) antrenând în deplasarea lor şi o parte din combustibil care

va continua să ardă în CF şi mai departe trec prin tubulatura supraîncălzitorului (SI). Apa din

interiorul generatorului se încălzeşte şi la partea superioară a acestuia se formează aburul, care

se acumulează în domul acumulator de abur (DAA).

7

a) GAN ignitubular cu flacără întoarsă b) GAN ignitubular cu flacără directă

Figura 3.6. Generatoare de abur navale ignitubulare

Notaţiile utilizate în figurile anterioare sunt:

AC - arzător de combustibil;

TF - tubul de flacără;

CF - cutia de foc;

CE - coşul de evacuare;


DAA - domul acumulator de abur;


T - tiranţi;

PT - plăci tubulare;

3.4. Caldarine navale de abur

La navele la care nu este necesar abur pentru propulsie, pentru acţionarea altor agregate

energetice se utilizează un generator de abur de dimensiuni reduse frecvent denumit caldarină

navală.

În funcţie de provenienţa căldurii destinate vaporizării apei, caldarinele se împart în:

- Caldarine cu ardere proprie;

- Caldarine recuperatoare de căldură.

3.4.1. Caldarine navale cu ardere proprie

Acestea au o construcţie similară generatoarelor navale de abur acvatubulare cilindrice,

dar sunt de dimensiuni mult mai mici. Schema unei astfel de caldarine este prezentată în figura

următoare.

La aceste caldarine, colectorul superior (CS) este pus în legătură cu colectorul inferior

(CI) prin intermediul tuburilor de circulaţie a apei (TCA). Focarul (FCA) acestui tip de

generator de abur, este plasat în interiorul colectorului inferior (CI) şi este prevăzut cu o vatră

de cărămidă refractară (VCA) şi un sistem de pulverizare a combustibilului (PC). Din focar

gazele arse trec prin tubulatura de evacuare (TE) şi ies în exteriorul caldarinei. Tirajul

caldarinei este asigurat cu ajutorul unei suflante acţionate de un motor electric. Pentru curăţarea

colectorului inferior (CI) caldarina este prevăzută cu o autoclavă (ACL). Mantaua caldarinei

(MC) este confecţionată din tablă de oţel căptuşită cu straturi de azbest pentru a asigura o bună

izolaţie termică.

C3 - 8

Figura 3.7. Caldarină cu ardere proprie

Notaţiile din figură au următoarea semnificaţie:



TCA - tubulatură de circulaţie a apei;

FCA - focarul caldarinei de abur;

VCA - vatra caldarinei de abur;

TE - tubulatura de evacuare;

ACL - autoclavă;

PC - pulverizatorul de combustibil;

MC - mantaua caldarinei.

3.4.1. Caldarine recuperatoare

Acestea au o construcţie similară generatoarelor navale de abur acvatubulare cilindrice

cu circulaţie forţată, însă folosesc pentru vaporizarea apei energia termică a gazelor de evacuare

a motoarelor principale. Temperatura acestor gaze este relativ ridicată, fiind cuprinsă în

intervalul:

- 250oC - 400

oC - la motoarele în 2 timpi;

- 400oC - 500

oC - la motoarele în 4 timpi.

Acest tip de caldarină este mult mai economică, însă funcţionarea ei este posibilă doar

pe timpul funcţionării motorului principal. Schema unei astfel de caldarine este prezentată în

figura următoare.

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

un capăt cu tubulatura de alimentare cu apă (TAA) şi la celălalt cu colectorul de abur (CA).

Serpentinele sunt montate concentric pe tubulatura de evacuare a gazelor de la motorul

principal (GEM). Prin această tubulatură gazele ies, funcţie de poziţia clapetului rotitor (CR),

astfel realizându-se un dozaj optim al cantităţii de energie termică primită de circuitul de apă.

Pentru circulaţia apei în sistemul caldarinei este prevăzută o pompă (PCA). Aceasta

preia apa de la separatorul de abur (SA) şi o transmite în serpentina caldarinei. Pe de altă parte

9

aburul colectat din serpentină intră tot în separatorul de abur, şi de aici este transmis mai departe

către consumatori.

Figura 3.8. Caldarină recuperatoare

Notaţiile din figură au următoarea semnificaţie:

VAP – vaporizator;

ST – serpentină tubulară;

CR – clapet rotitor;

TB – tubulatură de bypass;

GEM – galeria de evacuare a motorului;

TAA – tubulatura de alimentare cu apă;

PCA – pompa de circulaţie a apei;

CA – colectorul de abur;

SA – separatorul de abur.

C3 - 10

3.5. Circuitul fluidelor în generatoarele cu abur navale

După cum s-a putut observa în paragrafele anterioare în generatoarele de abur se

întâlneşte un circuit apă - abur şi un circuit aer - gaze de evacuare.

3.5.1. Circuitul apă - abur al generatoarelor de abur navale

În componenţa circuitului apă - abur se disting următoarele suprafeţe de schimb de

căldură:

- Economizorul (E) - realizează creşterea temperaturii apei de alimentare până la o valoare

apropiată de cea de saturaţie. Aici transferul de căldură dintre apă şi gaze este de tip convectiv;

- Vaporizatorul (V) - asigură trecerea apei din fază lichidă în cea de abur saturat. Transferul de

căldură se realizează preponderent prin radiaţie;

- Supraîncălzitorul (SI) - realizează supraîncălzirea aburului produs de vaporizator până la

nivelul de temperatură dorit (temperatura de supraîncălzire). Transferul de căldură se realizează

convectiv sau radiativ.

În figura următoare este prezentată amplasarea suprafeţelor de schimb de căldură

într-un generator de abur ce utilizează arderea unui combustibil ca sursă de energie termică.

Figura 3.9. Amplasarea suprafeţelor de schimb de căldură

Din punct de vedere al modului în care se realizează circulaţia agentului apă - abur în

interiorul vaporizatorului, generatoarele de abur pot fi:

- Cu circulaţie naturală;

- Cu circulaţie forţată multiplă;

- Cu circulaţie forţată unică.

a) b) c)

Figura 3.10.Tipuri ale circulaţiei agentului apă - abur

11

3.5.2. Circuitul aer - gaze de ardere

Se pot distinge următoarele cazuri:

Tirajul natural - caz în care nu există ventilatoare de aer sau de gaze de ardere. Circulaţia de

face pe baza înălţimii canalelor de gaze de ardere şi a coşului de fum, acesta asigurând un tiraj

natural. Soluţia de utilizează la generatoarele de mică putere.

Tirajul cu introducţie - caz în care circuitul conţine doar ventilator de introducţie a aerului.

Generatoarele de acest tip lucrează cu suprapresiune în focar, deci necesită o etanşare a

canalelor de gaze de ardere.

Tirajul cu extracţie - generatorul are doar ventilator de extracţie a gazelor de ardere, iar în focar

se stabileşte o depresiune.

Tirajul mixt - generatorul are atât ventilatoare de aer cât şi pentru gazele de ardere. Este soluţia

utilizată cel mai adesea la bordul navelor.

În figura următoare este prezentată schema generală a circuitului aer - gaze la un

generator cu tiraj mixt.

Figura 3.11. Circuitul aer - gaze de ardere în cazul tirajului mixt

Elementele componente ale circuitului sunt:

F - filtru de aer;

VA - ventilator de aer;

PA - preîncălzitor de aer;

SA - sistem de ardere;

FO - focar;

CAA - circuitul apă - abur;

IFOA - instalaţie de filtrare a oxizilor de azot;

IFP - instalaţie de filtrare a pulberilor;

VG - ventilator de gaze;

IFOS - instalaţie de filtrare a oxizilor de sulf.

3.6. Parametri funcţionali ai generatoarelor de abur navale

3.6.1. Presiuni funcţionale ale generatoarelor de abur

Presiunea nominală a generatorului de abur Reprezintă presiunea de lucru maximă admisibilă ce se are în vedere în faza de

proiectare a generatorului de abur.

Valorile uzuale ale acestui parametru sunt:

• Generatoare de abur de joasă presiune: pn = 1,1... 6 [bar]

• Generatoare de abur de medie presiune: pn =6 ... 50 [bar]

• Generatoare de abur de înaltă presiune: pn = 50 ... 245 [bar]

• Generatoare de abur supracritice: pn > 245 [bar]

C3 - 12

Presiunea nominală de regim a generatorului de abur Reprezintă valoarea presiunii vaporilor din generatorul de abur din timpul exploatării,

care este uzual mai mică cu 5 % decât presiunea nominală.

[bar],

în care pn - presiunea nominală [bar];

Presiunea de utilizare a aburului Reprezintă valoarea presiunii aburului la ieşirea din supraîncălzitorul generatorului de

abur.

în care:

pn - presiunea nominală [bar];

ΔPSI - căderea de presiune pe supraîncălzitor;

3.6.2. Temperaturi funcţionale ale generatoarelor de abur

Temperatura nominală a generatorului de abur Reprezintă valoarea temperaturii vaporilor supraîncălziţi măsurată după regulatorul de

temperatură sau la ieşirea din supraîncălzitor, la debitul nominal.

Temperatura maximă admisă în economizor tmae = tsat - (20 ... 25) [°C],

în care tsat - temperatura de saturaţie [oC];

Temperatura de saturaţie a aburului

[°C]

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

Temperatura de supraîncălzire a aburului ( ) [°C]

în care tsat - temperatura de saturaţie [oC];

Temperatura gazelor de evacuare ale generatorului de abur - La utilizarea gazelor naturale: tgev = 100 ... 120 [°C];

- La utilizarea combustibilului marin greu cu conţinut de sulf mai mic de 1%:

tgev = 120 ... 125 [°C];

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

tgev = 130 ... 150 [°C];

- La utilizarea cărbunelui superior (antracit, huilă): tgev = 120 ... 130 [°C];

- La utilizarea lignitului: tgev = 140... 160 [°C];

Pentru determinarea parametrilor: presiune, temperatură, entalpie şi entropie; ai

aburului, se utilizează diagrama entalpie - entropie (i - s), prezentată în figura următoare.

13

Figura 3.13. – Diagrama i-s a aburului

C3 - 14

3.6.2. Debite ale generatoarelor de abur navale

Debitul nominal al generatoarelor de abur Reprezintă debitul maxim de vapori pe care generatorul de abur trebuie să-l asigure pe

timpul unei exploatări permanente. Acesta se determină cu formula:

[

]

în care:

Qu - cantitatea de căldură utilă acumulată în generatorul de abur [kW];

ix - entalpia vaporilor saturaţi [kJ/kg];

iaa - entalpia apei de alimentare [kJ/kg]; [14]

Uzual acest parametru ia valori cuprinse în intervalul:

Da = 10... 1000[

]

Debitul normal al generatoarelor de abur Dnor Reprezintă aproximativ 80 % din debitul nominal al generatorului fiind corespunzător

unei valori optime a randamentului generatorului.

Debitul specific al generatoarelor de abur Reprezintă raportul dintre debitul nominal al generatorului de abur şi suprafaţa de

încălzire.

[

]

în care:

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

Si - suprafaţa de încălzire [m2];

3.6.4. Viteze funcţionale întâlnite în generatoarele de abur

Viteza de circulaţie a apei prin economizor

wcae = 0,6... 1,2 [

]

Viteza de circulaţie a gazelor de ardere prin economizor

wcge = 6... 10 [

]

Viteza de calcul a aburului la ieşirea din supraîncălzitor

[

]

în care:

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

SitSI - secţiunea internă totală a supraîncălzitorului [m2];


15

3.6.5. Capacitatea de vaporizare a generatorului de abur

Capacitatea de vaporizare a combustibilului utilizat Reprezintă cantitatea de abur obţinută în generator prin arderea unui kilogram de

combustibil.

în care:


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

Capacitatea de vaporizare pe abur normal Parametrul este folosit pentru a face comparaţie între diferitele tipuri de generatoare de

abur.

( )

în care:


in - entalpia aburului normal [kJ/kg];

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

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

Prin abur normal se înţelege aburul obţinut la presiunea de o atmosferă din apa ce a avut

iniţial temperatura de un grad Celsius sau aburul saturat la presiunea de un bar a cărui entalpie

este:

[

]

3.6.6. Consumul orar de combustibil al generatoarelor de abur

în care:

Qgev - cantitatea de căldură a gazelor de evacuare a generatorului de abur [kW];

Qi - puterea calorifică inferioară a combustibilului [kJ/kg].

3.6.7. Coeficientul de exces de aer al generatoarelor de abur Indică cantitatea de aer necesară pentru a asigura arderea completă a cantităţii de

combustibil injectată în focarul generatorului:

în care:

Lraif - cantitatea reală de aer introdusă în focarul generatorului [kg];

Ltan - cantitatea teoretică de aer necesară arderii complete [kg].

Valorile uzuale ale acestui parametru se încadrează în intervalul:

C3 - 16

3.6.8. Tirajul generatorului de abur Din punct de vedere fizic tirajul generatorului de abur este o forţă de presiune (a aerului

de alimentare), măsurată în milimetri coloană de apă şi definită ca fiind diferenţa de greutate

dintre cele două coloane de gaze ce străbat focarul generatorului de abur.

Condiţia ca un generator de abur să poată funcţiona cu tiraj natural este exprimată prin

inegalitatea:

în care:

hc - înălţimea măsurată de la baza focarului până la marginea superioară a coşului de

evacuare [m];

γa - greutatea specifică a aerului [m3/kg];

γg - greutatea specifică a gazelor de ardere, măsurată la hc/2 [m3/kg].

Adică, greutatea coloanei de aer trebuie să fie mai mare decât greutatea coloanei de gaze

de ardere. Astfel se poate determina tirajul ca fiind:

( )

Valorile uzuale ale acestui parametru se încadrează în intervalul:

h = 8... 12 [mmH20]

3.6.9. Parametrii funcţionali determinaţi prin calculul bilanţului termic al generatoarelor de abur Pentru a putea pune în evidenţă pierderile de căldură şi a determina randamentul unui

generator de abur este necesară efectuarea bilanţului termic. În acest scop trebuie fixată o

suprafaţă de referinţă în raport cu care sunt definite fluxurile energetice componente ale acestui

bilanţ. Pentru generatoarele de abur, drept suprafaţă de referinţă poate fi aleasă suprafaţa

exterioară a canalelor de gaze de ardere în care sunt dispuse circuitul apă - abur şi

preîncălzitorul de aer.

Relaţia generală prin care se exprimă bilanţul termic al unui generator de abur, este:

Qiga = Qabur + Qp [kW]

în care:

Qiga - cantitatea de căldură intrată în generatorul de abur [kW];

Qabur - cantitatea de căldură utilă corespunzătoare aburului produs de generator [kW];

Qp - cantitatea de căldură pierdută sub diferite forme în mediul ambiant [kW];

Cantitatea de căldură intrată în generatorul de abur se determină cu relaţia:

Qiga = Qc + Qapa + Qinj + Qaer [kW]

în care:

Qc - cantitatea de căldură introdusă în generatorul de abur prin arderea combustibilului

[kW];

Qapa - cantitatea de căldură a apei de alimentare la intrarea în generatorul de abur [kW];

Qinj - cantitatea de căldură corespunzătoare aburului injectat în generatorul de abur pentru

diverse scopuri tehnologice (de exemplu pulverizarea combustibilului lichid) [kW];

Qaer - cantitatea de căldură corespunzătoare aerului de ardere [kW];

La rândul ei, cantitatea de căldură corespunzătoare arderii combustibilului este:

în care:

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

Qi - puterea calorifică inferioară a combustibilului [kJ/kg];

Căldura utilă înmagazinată în abur, se determină cu relaţia:

17

în care:

Pe - puterea efectivă a generatorului de abur [kW];

ne - randamentul efectiv al generatorului de abur.

În cazul cel mai general, în care se utilizează un combustibil lichid, pierderile de căldură

sunt date de expresia:

Qp=Qev + Qex + Qai [kW]

Qev - cantitatea de căldură pierdută prin gazele de evacuare [kW];

Qex - cantitatea de căldură pierdută datorită schimbului de căldură cu mediul înconjurător

(prin convecţie şi prin radiaţie) [kW];

Qai - cantitatea de căldură pierdută datorită arderii incomplete [kW];

3.6.10. Randamentul generatoarelor de abur Randamentul generatoarelor determinat pe cale directă Se defineşte ca fiind raportul dintre cantitatea de căldură utilă şi cantitatea de căldură

consumată de generatorul de abur.

( )

în care:

Qaa - cantitatea de căldură preluată în generator de către agentul apă-abur [kW];

ic - entalpia specifică a combustibilului de alimentare [kJ/kg];




Relaţia anterioară se mai poate scrie şi sub forma:

( )

în care:

iabur - entalpia specifică a aburului produs de generator [kJ/kg];

iapa - entalpia specifică a apei de alimentare [kJ/kg];




Determinarea randamentului pe cale directă, aşa cum s-a prezentat anterior, se aplică la

generatoarele de abur aflate deja în faza de operare şi este condiţionată de măsurarea cu precizie

a unor mărimi (debite de apă, abur sau combustibil).

Randamentul generatoarelor determinat pe cale indirectă

Datorită impreciziilor în măsurare, metoda de determinare directă este înlocuită de o

metodă indirectă ce are la bază relaţia de bilanţ energetic a generatorului de abur (în ipoteza în

care se neglijează Qinj).

sau

( ) Qd - cantitatea de căldură disponibilă corespunzătoare combustibilului utilizat [kW];

Qapa - cantitatea de căldură a apei de alimentare la intrarea în generatorul de abur [kW];

Qabur - cantitatea de căldură utilă corespunzătoare aburului produs de generator [kW];

C3 - 18

qev - pierderea specifică de căldură prin gazele de evacuare [%];

qai - pierderea specifică de căldură datorată arderilor incomplete [%];

qex - pierderea specifică de căldură datorată proceselor de schimb de căldură [%];

Pierderile specifice prezentate anterior, pot fi determinate relativ uşor, existând

posibilitatea de a utiliza diagrame sau relaţii constituite pe baze statistice. Spre deosebire de

cazul randamentului direct, randamentul indirect poate fi determinat atât în faza de operare cât

şi în cea de proiectare a generatorului de abur.

Uzual, randamentul generatoarelor de abur, indiferent de metoda de determinare se

încadrează în următorul interval:

3.6.11. Solicitări termice ale generatoarelor de abur

Solicitarea specifică a suprafeţei de încălzire a generatorului de abur

Se poate determina cu relaţia:

[

]

în care:


Sv - suprafaţa de încălzire vaporizatoare a generatorului de abur [m2].


- Pentru generatoare de abur acvatubulare cu circulaţie naturală şi ţevi cu înclinare mică:

[

]

- Pentru generatoare de abur acvatubulare cu circulaţie naturală şi ţevi cu înclinare mare:

[

]

- Pentru generatoare de abur acvatubulare cu circulaţie forţată:

[

]

- Pentru generatoare de abur ignitubulare cu flacără întoarsă, care utilizează cărbunele:

[

]

- Pentru generatoare de abur ignitubulare cu flacără întoarsă, care utilizează combustibil marin

greu:

[

]

Solicitarea termică aparentă a focarului generatorului de abur


[

]

în care:



VF - volumul focarului [m3].


19

- Pentru generatoare de abur acvatubulare:

( ) [

]

- Pentru generatoare de abur ignitubulare:

( ) [

]

Solicitarea termică totală a focarului generatorului de abur


în care:




Qc - cantitatea de căldură introdusă în generatorul de abur prin arderea combustibilului

[kW];

VF - volumul focarului [m3].

3.6.12. Parametrii de referinţă ai mediului ambiant

În cazul motoarelor navale presiunea mediului ambiant este presiunea atmosferică la

nivelul mării. Pentru motoarele de la bordul navelor maritime şi fluviale, temperatura mediului

ambiant depinde de anotimp, zona de navigaţie, momentul zilei, condiţiile de ventilaţie ale

compartimentului maşini etc.

În tabelul următor sunt prezentate valorile acestor parametri.

Tabelul 3.1.

Temperatura aerului Temperatura apei Presiunea aerului

I.S.O. 1986 27 oC 27

oC 1 bar (750 mmHg)

I.S.O. 1992 25 oC 25

oC 1 bar (750 mmHg)

R.N.R. 45 oC 32

oC 1 bar (750 mmHg)

STAS 6635-82 25 oC - 1 bar (750 mmHg)

Lloyd's Register 45 oC 32

oC 1 bar (750 mmHg)

Germanischer Lloyd 45 oC 32

oC 1 bar (750 mmHg)

3.7. Caracteristicile geratoarelor de abur navale

Caracteristica randamentului generatorului de abur În figura următoare este prezentată variaţia tipică a randamentului în funcţie de sarcină

pentru un generator de abur. Se poate observa că randamentul este calculat să atingă valori

maxime pentru sarcini mai scăzute decât cea nominală (uzual cuprins în intervalul 80% - 90%).

Acest lucru ţine seama de faptul că, în timpul funcţionării, debitul de abur produs de generator

este în general mai mic decât cel nominal.

C3 - 20

Figura 3.13. – Variaţia randamentului generatorului de abur, funcţie de sarcina acestuia

(

)

în care:

Dr - debitul real de abur produs de generator în funcţionare [kg/h];


Caracteristica energetică a generatorului de abur Aceasta evidenţiază relaţia de dependenţă dintre consumul orar de combustibil şi

producţia de abur a generatorului. Se observă că, la mersul în gol există un consum orar de

combustibil ch0 la o producţie de abur nulă. Acest consum este necesar pentru acoperirea

pierderilor de căldură care nu depind de producţia de abur a generatorului. Analitic

caracteristica este dată de expresia:

[

]

în care:

ch0 - consumul orar de combustibil la mersul în gol al generatorului [kg/h];


B - coeficient a cărui valoare depinde de sarcina generatorului.

21

Figura 3.14. – Caracteristica energetică a generatoarelor de abur

Instalatii de forta cu abur si gaze

Documents

Transcript of Instalatii de forta cu abur si gaze