INSTALAIIDECAZANE

2013-04-23 1

4.1 Schemadeansamblu

4.2Combustibiliutilizaininstalaiiledecazane

4.3Circuitulapabur

4.4Circuitulaergazedeardere

4.5Analiza energeticauneiinstalaiidecazane

2013042314:18 2

Producerea fluidului motor (abur) necesar antrenrii TA are loc n instalaiile de cazane, n care energia chimic a combustibilului se transform n energie termic a aburului.

n spaiul de ardere (focar) se produce mai nti transformarea energiei chimice a combustibilului n energie termic a gazelor de ardere, iar apoi n cazanul propriu-zis (care joac rolul unui schimbtor de cldur) energia termic a gazelor se transform n energie termic a aburului.

2013042314:18 3

Generatorul de abur: transforma apa n abur saturat sau suprancalzit pe baza caldurii provenite, printre altele, din arderea unor combustibili fosili sau din recuperarea caldurii provenite din diverse procese industriale.Generatorul de abur acvatubular are n componenta canale de dimensiuni relativ mari n care sunt imersate sisteme de tevi.

2013042314:18 4

Gazele de ardere provenite din arderea combustibililor circula prin canale, pe la exteriorul tevilor, cednd caldura catre agentul termic (apa si abur) care este vehiculat prin interiorul acestora.

Arderea combustibililor se realizeaza ntr-o zona situata la baza canalelor, numita focar. Peretii canalelor pot fi realizati fie din materiale ceramice rezistente latemperaturi nalte (caramizi refractare), fie din membrane metalice racite la interiorcu apa si/sau abur.

2013042314:18 5

Generatoarele de abur utilizeaza o mare varietate de combustibili:

Puterea calorifica reprezinta caldura degajata prin arderea completa a unitatii de masa sau volum a combustibilului. Uzual, n cazul combustibililor folositi n generatoarele de abur se utilizeaza puterea calorifica inferioara, care nu tine seama de caldura latenta de vaporizare a vaporilor de apa din gazele de ardere. Pentru combustibilii solizi si lichizi, daca se cunoaste compozitia lastare initiala, puterea calorifica inferioara se determina cu relatia:

Puterile calorifice inferioare pentru o serie de combustibili utilizati n mod curent n generatoarele de abur.

2013042314:18 6

Circuitul apa abur al generatorului este format din sisteme de teviimersate n canalele de gaze de ardere. Din punct de vedere functional se disting urmatoarele suprafete de transfer de caldura care intra n componenta acestui circuit: economizor, vaporizator, suprancalzitor primar si suprancalzitor intermediar.

La interiorul tevilor VAP are loc o schimbare de faza (vaporizare),coeficientii de transfer de caldura avnd valori ridicate. Este indicat, deci, plasarea VAP n focar unde, la exteriorul tevilor coeficientii de transfer de caldura sunt de asemenea mari ( n aceasta zona transferul de caldura se face preponderent prin radiatie - temperatura n interiorul focarului depaseste 1000 C).Datorit valorii ridicate a coeficientului global de transfer de calduraal VAP, suprafata necesara de transfer de caldura va fi redusa, cu efecte benefice asupra costului generatorului de abur.

2013042314:18 7

n cazul SI, SI si ECO situatia este diferita: coeficientii globali de transfer de caldura posibili a fi obtinuti la interiorul tevilor sunt sensibil mai mici dect pentru VAP. Cele trei suprafete de transfer de caldura sunt amplasate n zona convectiva, pozitia fiind dictata de temperatura care trebuie atinsa pe parte de agent apa abur:- n zona convectiva de nalta temperatura: SI si SI;- n zona convectiva de joasa temperatura: ECO.

Exista tipuri de generatoare de abur la care o parte din tevile suprancalzitorului primar sunt amplasate n focar, lnga celecorespunzatoare vaporizatorului. Pentru aceste tevi transferul de caldura se realizeaza preponderent prin radiatie.

2013042314:18 8

Din punct de vedere al modului n care se realizeaza circulatia agentului apa abur n interiorul vaporizatorului, generatoarele de abur pot fi cu circulatie naturala, cu circulatie fortata multipla , cu circulatie fortata unica sau unic cu recirculare .

FelulcirculaieiPresiuneamaximaaburuluilaieireadinsupranclzitor[bar]

natural 140 165foratmultipl 180

foratunic 250

foratuniccurecirculare 350

2013042314:18 9

La aceste cazane, circulaia apei n sistemul de vaporizare se face datorit diferenei de densitate dintre faza lichid i emulsia ap-abur (efectul de termosifon). Dup ce strabate EC, apa este introdusa ntr-un cilindru (tambur) care reprezinta punctul de separatie dintre faza lichida, respectiv gazoasa. Din tambur, apa saturata este directionata catre VAP prin intermediul unor tevi descendente amplasate n exteriorul canalelor de gaze de ardere . VAP consta din teviascendente situate, spre deosebire de cele descendente, n calea gazelor de ardere, pe peretii focarului. n tevile ascendente are loc un proces de fierbere, la tambur fiind returnata o emulsie apa abur. Vaporii saturati astfel formati sunt colectati pe la partea superioara a tamburului, fiind directionati catre suprancalzitor. n acelasi timp, faza lichida este reintrodusa n bucla vaporizatoare prin intermediul tevilor descendente.Aceast diferen se reduce odat cu creterea presiunii i, deci, efectul de termosifon scade. Din aceast cauz, presiunea maxim pn la care se pot folosi cazanele cu circulaie natural este de 165 bar, ns, de obicei, ea se limiteaz la 140 bar.

2013042314:18 10

Schema de circulaie a apei ncazanul cu circulaie natural:PA - pomp de alimentare;Ec - economizor;T - tambur;V - vaporizator;SI1, SI2 - supranclzitoare;RT - reglaj de temperatur prin

injecie de ap;- debitul de ap purjatpjm&

Pentru vaporizare completa, o unitate de masa de apa trebuie sa parcurga de mai multe ori traseul. Numarul de bucle efectuat de aceasta unitate de masa pna la vaporizarea completa poarta denumirea de multiplu de circulatie (m).

2013042314:18 11

Odat cu creterea presiunii de lucru, diferena dintre densitatile fazei lichide, respectiv gazoase ale apei se reduce i, deci, efectul de termosifon scade n conditiile n care naltimea la care este amplasattamburul este limitata n general la 40 50 m. Din aceast cauz, presiunea maxim pn la care se pot folosi cazanele cu circulaie natural este de 165 bar, ns, de obicei, ea se limiteaz la 140 bar.

Prezenta tamburului asigura o delimitare clara ntre faza lichida, respectiv gazoasa. Daca salinitatea n apa de alimentare a generatorului depaseste limitele admisibile este posibila o corectare a acesteia printr-o purjare efectuata la tambur. Purjarea implica extragerea unei cote de apa cu continut ridicat de saruri si nlocuirea acesteia cu apa avnd o calitate chimicacorespunzatoare.

2013042314:18 12

Viteza de circulaie a apei n evile vaporizatorului esteredus i aceasta conduce la diametre interioare aleevilor care depesc, n general, 30 mm. n consecin,coeficientul de schimb de cldur are valori limitate, iargreutatea vaporizatorului este mai mare dect la altetipuri de cazane.

Cazanele cu circulaie natural au un volum mare deap i, deci, au inerie termic mare. Din aceast cauz: consumul de cldur la pornire este mare, iar

nclzirea se face mai ncet, fiind limitat dediferenele de temperatur admise ntre diferitepuncte n materialul tamburului;

cazanele permit salturi mari de producie fr sapar cderi mari de presiune.

2013042314:18 13

La sarcini pariale, temperatura focarului scade,procentul de abur n evile de vaporizare se reduce icirculaia apei se ngreuneaz, cu pericol de stagnare.Din aceast cauz, debitul minim de funcionare acazanului este limitat la (40 - 50)% din cel maxim.Statisticile arat c aceste cazane cu circulaie naturalprezint o disponibilitate n exploatare relativ ridicat. nplus, sistemul de circulaie a apei n cazan este lipsit depiese n micare. Din aceste motive, cazanele cucirculaie natural au o larg rspndire n centraleletermoelectrice. Pn n prezent, toate cazanele din CET-urile din Romnia sunt de tipul cu circulaie natural.Debitele lor nominale pot ajunge pn la 1.400 t/h.Tendina de cretere a presiunii aburului exclude nsfolosirea acestor cazane n CTE avnd grupuri cu puteriunitare foarte mari.

2013042314:18 14

Cazanele cu circulaie forat multipl pstreazcaracteristicile tehnice ale cazanelor cu circulaienatural viznd volumul mare de ap i sistemul decirculaie, dar intensific schimbul de cldur din evidatorit accelerrii circulaiei apei n vaporizator cuajutorul unor pompe de circulaie, care asigur un debitde circulaie a apei prin vaporizator de aproximativ 5 orimai mare dect debitul apei de alimentare, dar lucreazan conditii grele de temperatura, existnd n acelasi timppericolul de aparitie a cavitatiei.Multiplul de circulatie are valori mai scazute dect ncazul generatoarelor cu circulatie naturala.De asemenea, i la acest tip de cazan se pstreazposibilitatea corectrii regimului chimic al apei prinpurjare la tambur.

2013042314:18 15

Schema de circulaie a apei ncazanul cu circulaie foratmultipl

Acest tip de cazan dispune de mai multepompe de circulaie, funcionnd nparalel (n mod obinuit, fiecare cazanare 4 - 8 pompe de circulaie).evile vaporizatorului au diametre maireduse i perei de grosimi mai micidect la cazanele cu circulaie natural,motiv pentru care greutatea total acazanului este mai mic, dar seaccentueaz pericolul spargerii evilordin cauza coroziunii.La sarcini partiale, stabilitatea curgeriiprin sistemul vaporizator crete, minimultehnic poate cobor pna la 25 %.Cazanele cu circulaie forat multipl serealizeaz pn la presiuni de 180 bar(din motive constructive vizndtamburul) i la debite nominale de peste1.700 t/h.

2013042314:18 16

n cazanele cu circulaie forat unic apa,mpins de pompele de alimentare, parcurgefascicolul de evi ale vaporizatorului o singurdat. Vaporizarea apei, uscarea aburului isupranclzirea sa se realizeaz de-a lungul evilorpe care apa le strbate.

Volumul de ap din aceste cazane este mic, iargreutatea sistemului de evi este redus n raportcu cea de la cazanele cu circulaie natural sauforat multipl. Din aceast cauz, la variaiirapide de sarcin au loc variaii importante depresiune.

Constantele de timp n regimurile tranzitorii suntmici, ceea ce impune folosirea unui reglaj rapid,acest tip de cazane fiind mai pretenioase nexploatare.

2013042314:18 17

Cazanele cu circulaie forat unic, neavnd sistem de purjare,(deoarece nu exist tambur) transmit n abur totalitatea srurilor dinap, deci necesit cele mai severe condiii n privina calitii apei dealimentare, cu o demineralizare total a acesteia.

Sigurana n funcionare a acestor cazane depinde, n mod esenial,de calitatea tratrii apei. Disponibilitatea n exploatare a acestorcazane este mai redus dect a celor cu circulaie natural.

Din cauza pierderilor de presiune n evi (diametre mai mici), pompade alimentare trebuie s asigure o presiune mai mare fa decazanele cu tambur i, ca urmare, consumul de energie va fi maimare, ceea ce i va pune amprenta asupra randamentului cazanului.

2013042314:18 18

Cazanului cu circulaie forat unic i s-aadugat butelia separatoare (S), datoritcreia vaporizarea are loc la punct fix, iar lapornire apa poate circula din separator ntr-unexpandor i, dup aceea, napoi n rezervoruldegazorului. Separatorul poate fi meninutpermanent n circuit sau poate fi ocolit cuajutorul ventilului (A) dup intrarea nfuncionare normal.

Cu ajutorul buteliei separatoare se poateaplica i recircularea debitului de ap prinsuprafaa vaporizatoare, pstrnd o anumitvitez de circulaie n fascicolele de evi, ceeace servete la mbuntirea condiiilor defuncionare la sarcini pariale.

2013042314:18 19

Circuitul de aer gaze de ardere al unui generator deabur ndeplinete urmtoarele funcii:

- vehicularea si prencalzirea aerul necesar arderii;- filtrarea gazelor de ardere;- evacuarea n atmosfera a gazelor de ardere.

2013042314:18 20

Dpdv al presiunii din interiorul canalelor de gaze de ardere,generatoarele de abur pot fi cu depresiune (presiune usor subatmosferica), sau cu suprapresiune (presiune usor supraatmosferica).

Dpdv al circulatiei aerului si gazelor de ardere:a) Tiraj natural: nu exista ventilatoare de aer sau de gaze de ardere, circulatia se face pe baza naltimii canalelor de gaze de ardere si a cosului de fum, acestea asigurnd un tiraj natural. Solutia se aplica la generatoare de mica capacitate.b) Tiraj suflat: n circuit se prevede doar ventilator de aer. Generatoarele de acest tip lucreaza cu suprapresiune n focar, deci este necesara o etansare foarte buna a canalelor de gaze de ardere. Solutia este ntlnita la generatoare mici care utilizeaza hidrocarburi si la cele pe carbune cu ardere n pat fluidizat.

2013042314:18 21

c) Tiraj aspirat: generatorul are doar ventilatoare de gaze de ardere, iar n focar se stabileste o depresiune. Aceasta varianta se aplica la generatoare mici pe carbune sau lemn, cu ardere pe gratar.d) Tiraj mixt: n circuit se ntlnesc ventilatoare att de aer, ct si de gaze de ardere. Reprezinta solutia cea mai ntlnita n centralele electrice.

Pe lnga canalele n care este amplasat sistemul apa abur, circuitul aer gaze de ardere cuprinde i echipamente auxiliare:- filtrul de aer- ventilatorul de aer- prenclzitorul de aer

2013042314:18 22

Filtrul de aer are rolul de a retine impuritatile mecanice care ar conduce la erodarea paletajului ventilatorului de aer, fiind amplasat chiar n aspiratia lui.Ventilatorul de aer asigura aerul necesar arderii combustibilului.Aerul poate fi aspirat din interiorul, sau din exteriorul cladirii unde este amplasat generatorul de abur.La iesirea din zona circuitului apa abur, gazele de ardere se caracterizeaza printr-o temperatura relativ ridicata (n general, peste 350 C). Evacuarea lor n atmosfera la o asemenea temperatura ar reprezenta o importanta pierdere energetica pentru generatorul de abur. Pentru diminuarea acestor pierderi se introduce n circuit un prencalzitor de aer. Aceasta are rolul de a prencalzi aerul necesar arderii pe baza caldurii continuta n gazele de ardere evacuate spre cos. Rezulta o serie de efecte benefice: mbunatatirea arderii si cresterea randamentului GA.

2013042314:18 23

Gazele de ardere nu pot fi racite orict, fiind necesara asigurarea unei bune dispersii a noxelor n atmosfera, pe de-o parte, si evitarea condensarii vaporilor de apa, pe de alta parte. Se mentioneaza ca, prin condensarea vaporilor de apa pe suprafetele metalice ale canalelor de gaze de ardere, poate aparea un fenomen nedorit de coroziune al acestor suprafete. Temperatura de condensare a vaporilor de apa (temperatura de roua) este cu att mai ridicata cu ct continutul de sulf din combustibil este mai mare. n tabel sunt prezentate intervale recomandate pentru temperatura de evacuare n atmosfera, n functie de tipul combustibilului.

2013042314:18 24

Sistemul de ardere cuprinde instalatiile de preparare a combustibiluluiprecum si arzatoarele. Aceste sisteme difera fundamental n functie de tipul combustibilului: solid, lichid sau gazos.Prin arderea combustibililor apar o serie produse care au un efect nociv asupra mediului nconjurator: pulberi, oxizi de azot, oxizi de sulf, monoxid de carbon. Legislatia n vigoare impune concentratii maxim admisibile n gazele de ardere pentru aceste noxe, ndeosebi pentru generatoarele de abur cu o putere termica instalata mai mare de 50 MWt (caracteristice centralelor electrice). Respectarea acestor limite necesita introducerea n circuitul gazelor de ardere a unor filtrecare sa retina pulberile (cenusa), oxizii de azot si de sulf. Pozitionarea filtrelor depinde de tipul functional al acestora. O filtrare corespunzatoare a gazelor de ardere va permite alegerea de valori pentru temperatura de evacuare n atmosfera mai mici dect cele prezentate anterior, n tabel. Filtrul de pulberi are si un rol tehnologic, el retinnd particulele solide care ar conduce la erodarea paletelor ventilatorului de gaze de ardere.

2013042314:18 25

Un element prin care se diferentiaza generatoarele de abur este modul derealizare al canalelor de gaze de ardere n care sunt dispuse suprafetele de schimb de caldura ale circuitului apa abur: generatoare de abur cu 1 drum (vertical sau orizontal), respectiv doua drumuri de gaze de ardere.

Ventilatorul de gaze de ardere asigura evacuarea n atmosfera a gazelor de ardere, fiind imperios necesar n cazul generatoarelor de abur care lucreaza cu depresiune n focar.n mod clasic evacuarea n atmosfera se realizeaza prin intermediul unui cos de fum.

2013042314:18 26

Pentru a putea pune n evidenta pierderile de caldura si adetermina randamentul unui generator de abur estenecesara efectuarea unui bilant termic. n acest scoptrebuie fixata o suprafata de referinta n raport cu caresunt definite fluxurile termice componente ale acestuibilant. Pentru generatoarele de abur, drept suprafata dereferinta poate fi aleasa suprafata exterioara a canalelorde gaze de ardere n care sunt dispuse circuitul apa abur si prencalzitorul de aer.

2013042314:18 27

Schema de bilan termic pentru un cazan de abur:T tambur; ECO economizor; VAP vaporizator; S supranclzitor;

PA prencalzitor de aer

2013042314:18 28

Relatia generala prin care se exprima bilantul termic al unui generator deabur este: [ ]kWQQQ paburi +=

unde: Qi [kW] - puterea termic intrat n suprafaa de referin;Qabur [kW] - puterea termic corespunztoare aburului produs de

generator;Qp [kW] - puterea termic pierdut sub diferite forme n mediul

ambiant.

Puterea termic intrat n generatorul de abur se determin cu relaia:

[ ]kWQQQQQ aerinjapaci +++=unde: Qc [kW] - puterea termic introdus odat cu combustibilul;Qapa [kW] - puterea termic introdus cu apa de alimentare n generatorul

de abur;Qinj [kW] - puterea termic corespunztoare aburului injectat n generator

pentru diverse scopuri tehnologice (de ex: pulverizarecombustibil lichid);

Qaer [kW] - puterea termic introdus cu aerul de ardere.

2013042314:18 29

Puterea termica corespunzatoare combustibilului este:

Pentru cazul cel mai general, n care se utilizeaz un combustibil solid,pierderile de caldura sunt date de expresia:

Qev [kW] puterea termic sensibil (fizic) a gazelor arse evacuate;Qch [kW] puterea termic pierdut datorit arderii incomplete din punct

de vedere chimic a combustibilului;Qm [kW] puterea termic pierdut datorit arderii incomplete din punct

de vedere mecanic a combustibilului;Qex [kW] puterea termic pierdut n mediul nconjurtor prin convecie

i radiaie;Qzg [kW] puterea termic pierdut datorit produselor solide evacuate

pe la baza focarului (ndeosebi sub form de zgur i cenu);Qpj [kW] puterea termic pierdut datorit purjei.

( ) [ ]kWhHBQ ciic += B [kg/s] - debitul de combustibil introdus n focar;Hii [kJ/kg] puterea calorific inferioar a comb.;hc [kJ/kg] entalpia sensibil a combustibilului.

[ ]kWQQQQQQQ pjzgexmchevp +++++=

2013042314:18 30

Randamentul pe cale directa (d) se definete ca raportul dintre putereatermica utila, respectiv puterea termica consumata de cazanul de abur:

( ) [ ]%100HB

QhBQii

aercaad

+=

Qaa [kW] - puterea termic preluat n cazan de ctre agentul ap abur.

n cazul n care se neglijeaza debitul de purja, iar cazanul de abur nu esteprevazut cu suprancalzire intermediara:

( ) [ ]kWhhDQ apaaburaburaa =Dabur [kg/s] producia de abur a cazanului;habur [kJ/kg] entalpia specific a aburului produs de cazan;hapa [kJ/kg] entalpia specific a apei de alimentare la intrare.

2013042314:18 31

Determinarea randamentului pe cale directa se aplica pentru cazane aflaten faza de operare si este conditionata de masurarea cu mare precizie aunor mrimi, cum ar fi debitele de apa, abur si combustibil. De multe ori,masurarea debitului de combustibil are un grad relativ ridicat deimprecizie, ndeosebi n cazul crbunilor. n aceasta situatie, pentrudeterminarea randamentului se prefer metoda indirecta.

Randamentul pe cale indirect (i) are la baza relatia de bilant termic (nipoteza n care se neglijeaza Qinj i Qpj) scrisa sub forma :

( ) [ ]kWQQQQQQQQ zgexmchevapaaburd +++++=Qd [kW] este puterea termic disponibil corespunztoare combustibiluluii aerului de ardere.

[ ]kWQQQ aercd +=

2013042314:18 32

Expresia randamentului pe cale indirect, exprimat n procente, este:

( ) [ ]%qqqqq100100Q

QQzgexmchev

d

apaaburi ++++=

=

unde: qev, qch, qm, qex, qzg reprezint pierderi specifice de cldur, n %.

Pierderile specifice prezentate mai sus pot fi determinate relativ usor,existnd posibilitatea de a utiliza diagrame si relatii construite pe bazestatistice.

Expresia randamentului pe cale indirecta poate fi aplicata att n faza deoperare, ct si n cea de proiectare a unui cazan de abur.

2013042314:18 33

Variaia randamentului cazanului de abur n funcie de sarcin

Randamentul este proiectatsa ating valori maximepentru sarcini mai sczutedect cea nominala (uzualn intervalul 80...90%).Acest lucru tine seama defaptul ca, n timpul operrii,debitul de abur produs decazan este n general maimic dect cel nominal.

2013042314:18 34

Caracteristica energetic a cazanului de abur

Se observa existenta unui consumde combustibil de mers n gol (B0)pentru care producia de abur estenula. Acest consum este necesarpentru acoperirea pierderilor deputere termica care nu depind deproductia de abur a generatorului.Analitic, caracteristica energeticaeste data de expresia:

Caracteristica energetica a generatorului de abur reprezinta relatia dedependenta dintre consumul de combustibil, respectiv productia de abur.

[ ]s/kgDbBB abur0 +=b [kg combustibil/kg abur] coef. acrui valoare depinde de sarcinacazanului

CAP. 4Slide Number 2Slide Number 3Slide Number 4Slide Number 5Slide Number 6Slide Number 7Slide Number 8Slide Number 9Slide Number 10Slide Number 11Slide Number 12Slide Number 13Slide Number 14Slide Number 15Slide Number 16Slide Number 17Slide Number 184.4. Circuitul aer gaze de ardereSlide Number 20Slide Number 21Slide Number 22Slide Number 23Slide Number 24Slide Number 254.5. Analiza energetic a generatorului de aburSlide Number 27Slide Number 28Slide Number 29Slide Number 30Slide Number 31Slide Number 32Slide Number 33Slide Number 34