- Centrala termica

Sarcina

Sa se proiecteze o Centrala Termica pe baza cazanelor de tip DE cu sarcina tehnologica , abur saturat cu presiunea si sarcina termica . Cota condensatului returnat -, temperatura lui fiind . Pentru substituirea pierderilor de apa si a condensatului nereturnat la Centrala se va folosi apa bruta cu caracteristicile: salinitatea totala si duritatea totala .

Pentru reducerea presiunii aburului sa se prevede instalarea in paralel cu instalatia de reducere a unei turbine cu contrapresiune.

1. Selectarea cazanelor:

1.1. Determinarea productivitatii Centralei Termice:

Productivitatea totala a Centralei Termice (C.T.) se compune din consumul de abur pentru:

1. sarcina tehnologica;

2. sarcina termica;

3. sarcina electrica;

4. serviciile proprii;

5. pierderile in C.T.

, kg/s

Se calcula productivitatea maxima - si minima -.

Consumul pentru sarcina tehnologica se calcula, considerind pierderile in retele .

Consumul pentru sarcina termica se determina, considerind pierderile , cu formula

,kg/s

aici: sunt respective entalpiile vaporilor si condensatului, se determina din [1], entalpia condensatului se calcula pentru temperature de .

Consumul de abur pentru producerea energiei electrice se considera egal cu 10 % din productivitatea minima sumara pentru sarcinile tehnologica si termica:

Consumul pentru serviciile proprii si recuperarea pierderilor se estimeaza la 10 % din consumul total precedent

Calculam productivitatea maxima - si minima -

1.2. Selectarea cazanelor:

Tipul si numarul de cazane se alege din urmatoarele considerente:

1. sa fie acoperita sarcina maxima

2. cazanele sa fie de acelasi tip;

3. numarul de cazane sa fie cit mai mic, dar nu mai mic de 2;

4. la asigurarea sarcinei minime cazanele sa functioneze in regim stabil si eficient (cu productivitatea nu mai mica de 0.75 din nominala);

Numarul de cazane se calcula dupa productivitatea maxima a C.T. si cea unitara () a cazanului ales din tab.A1 sau din [1]. Valoarea obtinuta se rotungeste in partea majora

;

Dupa productivitatea maxima a C.T. este necesar de instalat 3 cazane de tip DE-6.5/14.

Dupa productivitatea minima a C.T. este necesar de instalat 1 cazan de tip DE-6.5/14.

2. Dimensionarea turbinei:

Turbina se alege dupa productivitatea minima a C.T. din tab.A2. Pentru turbine aleasa se fixeaza toti parametrii si caracteristicile:

Pentru turbina aleasa se calcula entalpia aburului prelevat:

, kJ/kg

unde: este caderea reala a entalpiei aburului in turbina, se determina dupa relatia

,

unde: - puterea electrica a turbogeneratorului, in kW

-debitul de abur la turbina, in kg/s;

-randomentul mecanic al turbogeneratorului, valorile se selecteaza din tab.A3.

-randomentul generatorului electric,

-randomentul reductorului,

3. Elaborarea schemei termomecanice a centralei:

3.1. Schema de principiu a C.T.

Pe schema termomecanica de principiu (fig.1) se prezinta utilajul principal si conductele care unesc aceste elemente. Elementele se prezinta intr-un exemplar.

Armatura se indica numai in caz cind influienteaza principiul de functionare a schemei: schimbarea regimului s.a.

Pe schema desfasurata, din desenele proiectului, se vor prezenta toate exemplarele utilajului, se vor indica tipul utilajului, parametrii agentilor termici (pe conducte), diametrele conductelor de baza.

Schema termomecanica serveste la dimensionarea instalatiilor si utilajelor termomecanice auxiliare ale C.T.:

1. instalatiei de reducere a presiunii aburului;

2. scimbatoarelor de caldura pentru pregatirea apei din retelele termice;

3. degazorului;

4. separatorului de purja;

5. instalatiei de tratare a apei;

6. conductelor principale ale schemei;

7. pompelor de apa si condensat;

3.2. Determinarea diametrelor conductelor:

Determinarea diametrului conductelor se efectuiaza, folosind valoarea ariei sectiunii transversale calculate din ecuatia debitului:

unde: D este debitul masic al fluidului respectiv, in kg/s;

v- volumul specific al fluidului, in m³/kg, conform

w- viteza fluidului, in m/s, valoarile vitezei sunt urmatoarele:

pentru abur saturat - 1525 m/s,

pentru apa si condensat: in conductele de refulare - 12 m/s;

in conductele de admisie - 0,51 m/s;

Dupa valoarea obtinuta a ariei se calcula diametrul conductei si din literatura , cu considerenta agentului termic si a presiunii acestuia, se selecteaza conducta respectiva.

Diametrele barelor colectoare de presiune inalta si joasa se calcula pentru jumatate din productivitatea totala a C.T.:

Dupa 8732 - 78* alegem diametrile a barelor colectoare de presiune inalta si joasa:

Racordurile turbinei se calcula dupa consumul nominal de abur la acestea. Daca diametrele se primesc mai mari decit ale B.C., se iau valorile acestora.

3.3. Dimensionarea conductelor aburului si condensatului tehnologic:

Diametrul conductei de abur se calcula dupa sarcina tehnologica maxima, celalt conductei de condensat - dupa consumul condensatului returnat:

pentru conducta de abur:

pentru conducta de condensat:

la intrare in pompa:

la iesire din pompa:

Pompa de condensat se va alege pentru acelasi debit si o presiune nu mai mare de 1 MPa.

Alegem pompa de condensat : cu parametrii:, marca motorului electric: masa agregatului

3.4. Dimensionarea instalatiei de reducere a presiunii:

I.R.P. se dimensioneaza pentru productivitatea totala a C.T. Instalatia se va marca in felul urmator: constituind valorile respectiv ale productivitatii maxime a instalatiei si a presiunilor aburului la intrare si iesire.

Diametrele conductelor la intrare si iesire vor avea aceleasi valori ca si barele colectoare respective.

3.5. Dimensionarea instalatiei de pregatire a apei fierbinte pentru sarcina termica:

Instalatia de incalzire a apei de retea (I.A.R.), prezentata in fig.2, include doua incalzitoare de apa (I.R.1 si I.R.2), pompele de retea (P.R.), racordurile de aductie a aburului si evacuare a condensatului si conductele de apa de retea.

Fig.2.Schema de principiu a instalatiei de incalzire a apei de retea: BCJP-bara colectoare de joasa presiune; IR1 si IR2-incalzitoare ale apei de retea; PR- pompe de retea.

Incalzitoarele de apa se aleg din , I.R.1 - dupa sarcina termica minima, I.R.2 - dupa difirenta dintre Q^max si productivitatea termica nominala a I.R.1, cu considerenta pierderilor de caldura in ele de ordinea P_ir= 24 %. In memoriul explicativ se fixeaza parametrii si caracteristicile schimbatoarelor alese.

Q_tI.R.1= 0.7(1+0,03) = 0.721 MW - dupa ГОСТ 108.271.105-76 Q_tI.R.1 = 1.89 MW si acestei productivitatii termice ii corespunde incalzitorul de apa ПП-1-9-7-II:

Suprafata de incalzire S = 24,4 m², diametrul corpului d = 325 mm, numarul de conducte n = 68, lungimea conductelor l = 3000 mm, lungimea incalzitorului L = 3590 mm, presiunea a aburului incalzitor P= 0,7 MPa, numarul de treceri m = 2,   productivitatea nominala D = 32.4 t/h, aria suprafetei transversale s = 0,0052 m³, rezistenta hidroulica dupa productivitatea de calcul ζ = 0,03 MPa, masa incalzitorului m = 470 kg.

Q_tI.R.2= 2(1+ 0,03) - 1.89 = 0.17 MW - dupa ГОСТ 108.271.105-76 Q_tI.R.2 = 1.89 MW si acestei productivitatii termice ii corespunde incalzitorul de apa ПП-1-9-7-II:

Suprafata de incalzire S = 24.4 m², diametrul corpului d = 325 mm, numarul de conducte n = 68, lungimea conductelor l = 3000 mm, lungimea incalzitorului L = 3595 mm, presiunea a aburului incalzitor P= 0,7 MPa, numarul de treceri m = 2, productivitatea nominala D = 32.4 t/h, aria suprafetei transversale s = 0,0052 m³, rezistenta hidroulica dupa productivitatea de calcul ζ = 0,03 MPa, masa incalzitorului m = 470 kg.

Q_t^min este satisfacuta de un incalzitor, Q_t^max - de ambele.

Diametrele conductelor de racord, din partea aburului si a condensatului, se calcula dupa debitul nominal al aburului la incalzitoare:

din partea aburului:

din partea condensatului:

din partea aburului:

din partea condensatului diametrul conductei va fi la fel, ca si in cazul incalzitorului apei de retea I.R.1.

unde: Q_n este productivitatea termica nominala a incalzitorului, in kW;

j - coeficientul de pastrare a caldurii in racitor,

Pentru dimensionarea pompelor si a conductelor retelelor termice se calcula debitul apei de retea:

la intrare in pompa:

la iesire din pompa:

unde: este capacitatea termica a apei;

t_at si t_ar - temperatura apei in conductele de tur si retur ale retelelor termice; conform standardelor in vigoare - t_at= 130 ⁰C; t_ar= 70 ⁰C.

Pompele de retea se aleg dupa . Se instaleaza 2 pompe, fiecare din ele cu productivitatea maxima (una de rezerva). Pentru pompele alese se fixeaza toate caracteristicile, inclusiv si puterea electromotorului.

Dupa debitul apei de retea alegem doua pompe:         ПЭ-65-40 cu D = 65 m³/h si cu electromotorul: marca A2-92-2 cu puteria N_e = 125 kW, turatia = 3000 tur/min, presiunea P= 0,7 MPa, gabarite: a x b x h = 2669 x 910 x 828 mm, masa pompei m = 2085kg.

3.6. Calculul sistemului de purjare continua:

Debitul purjei se calcula, reiesind din bilantul de saruri al cazanului:

aici: S_aa este salinitatea apei de alimentare, in mg/kg;

S_ac - salinitatea apei de cazan; pentru cazane de tip DE, cu presiunea sub 5,0 MPa,

S_ac= 3000 mg/kg.

Deoarece apa de alimentare prezinta un amestec de condensat cu apa de adaos, salinitatea ei se va determina cu relatia obtinuta din bilantul de saruri al acestui amestec:

Debitul apei de adaos il apreciem in prealabil cu formula:

unde: P_pj si P_a reprezinta purja si respectiv pierderile de apa in schema C.T; consideram P_pj P_a

Avand cantitatea purjei, se executa calculul separatorului de purja. Schema de calcul este prezentata pe fig.3. Debitul aburului format la destinderea purjei in separator D_vpj si al ramasitei de apa D_apj se determina rezolvand sistemul din doua ecuatii:          

1. a bilantului material al separatorului:

2. a bilantului termic al acestuia:

Aici sunt respectiv entalpiile apei si a aburului pe linia de saturatie la presiunile din cazan si din degazor. In degazoarele de tip atmosferic, care se utilizeaza la presiuni pina la 3,5 MPa,.

Pentru debitele si parametrii respectivi se calcula diametrele racordurilor:

    

3.7. Dimensionarea instalatiei de tratare chimica a apei:

Apa de adaos fiind utilizata din reteaua oraseneasca de alimentare, unde a trecut curatarea de impuritatile mecanice si coloidale, va necesita doar dedurizarea in filtrele de cationi cu ciclul de sodiu.

Precizam debitul apei de adaos:

Dupa valoarea obtinuta a debitului, din se alege filtrul respectiv, fixindu-se caracteristicile lui. Deoarece functionarea filtrelor este periodica, in I.T.A. se instaleaza un filtru suplimentar, in paralel cu cele in functie. Acesta se va afla in stadia de regenerare in timpul functionarii celorlalte.

Dupa [2] alegem filtrul ФИПa 1-0,7-0,6-Na cu D = 10 m³/h., P= 0,6 MPa, t = 40⁰C, volumul corpului V = 0.77 m³, masa constructiei a filtrului m = 0,62 kg.

Calculam durata procesului de filtrare cu formula:

in care: V_sf este volumul stratului filtrant, in m³;

e_sf - capacitatea specifica de schimb de ioni a stratului filtrant, e_sf=250350 g/m³.

Perioada de functionare a filtrelor (intre doua regenerari) se va compune din t_f si durata proceselor de afinare, regenerare si spalare, care in total constituie 1,52,5 ore.

Pompa pentru vehicularea apei de adaos in degazor se va alege dupa valoarea D_ad si presiunea de 0,20,4 MPa. Se vor instala doua pompe pentru debitul maxim. Conductele se vor dimensiona pentru aceiasi parametri.

Alegem din pompe pentru vehicularea apei de adaos in degazor:

cu D = 5 m³/h si presiunea P = 0,75 MPa, marca motorului electric: AM-51-2 cu P_m.e = 6 kW, a x b x h = 1190 x 377 x 441` mm, masa agregatului m = 152 kg.

la intrare in pompa:

la iesire din pompa:

3.8. Dimensionarea degazorului si a conductelor apei de alimentare

Schema de calcul a degazorului este prezentata pe fig.4.

Calculele le incepem cu dimensionarea racitorului de purja.

Cantitatea de caldura recuperata de la apa de purja de catre apa de adaos va fi:

unde: este coeficientul de pastrare a caldurii in racitor, consideram ;

si - temperatura apei de purja la intrare si respectiv iesire;

la presiunea din S.P., iar consideram 40 ^oC.

Din bilantul termic al racitorului calculam temperatura apei de adaos la iesire:

Aici este temperatura apei de adaos la intrare, , h_apj= 439.4 kJ/kg.

Degazorul se alege din dupa productivitatea totala a C.T. marita cu 510 %. Pentru C.T. cu presiunea aburului pina la 3,5 MPa inclusiv se utilizeaza degazoare de tip atmosferic, cu presiunea de lucru 0,12 MPa.

Dupa D_dg alegem degazorul ДА-25: productivitatea nominala D_n = 25 t/h, presiunea de lucru p_l = 0,12 MPa, temperatura apei in degazor t_dg = 104⁰C, temperatura medie de incalzire a apei in degazor t_m = 10-40⁰C, gabarite: diametru si grosimea peretelui a corpului d x b =530 x 6 mm, inaltimea h = 2195 mm, masa m = 280 kg

Calculul degazorului se reduce la determinarea debitului aburului la proces D_vdg si a apei de alimentare D_aa. Se efectueaza

pe baza ecuatiilor bilantului material si a bilantului termic al

degazorului

Fig.4.Schema de calcul

a degazorului.

Dupa calcularea acestei sisteme de ecuatii am obtinut ca D_aa = 2.753 kg/s, D_vdg = 0,204 kg/s.

Aici D_P reprezinta pierderile de abur cu gazele eliminate din degazor, ele constituind 0,10,3 % din D_SCT. Entalpia acestui abur va fi cea a aburului saturat uscat la presiunea din degazor. Apa de alimentare la iesire din degazor va avea entalpia de saturatie. Pentru celelalte fluxuri debitele si entalpiile, sau temperaturile, s-au intilnit in calculele precedente.

Dupa debitele obtinute se calcula diametrele conductelor respective si se aleg pompele de alimentare. De mentionat, ca diametrele conductei pentru apa de alimentare vor fi diferite pina la pompa si dupa. Dupa debitul apei de alimentare alegem doua pompe KC-12-50 cu parametrii: D = 12 m³/h si presiunea p = 0.5 MPa, = 2900 rot/min, marca motorului electric: 4A100L2 cu P_m.e = 5.5 kW, a x b x h = 1400 x 410 x 850 mm, masa agregatului m = 305 kg.

dimensionarea conductei din partea aburului:

dimensionarea conductei ce intra in pompa si ce iesa:

4. Compozitia Centralei Termice. Amplasarea utilajului:

Exemplu de compozitie a unei C.T. cu 2 cazane DE-10/14 este prezentat pe fig.6 si7.

Cladirea centralei este construita din panouri cu lungimea de 6 m. Lungimea si latimea cladirii depind de numarul si dimensiunile cazanelor si sunt multiple cu 6.

In partea frontala din stinga a cladirii, in doua niveluri, se afla laboratoarele, atelierele, cabinetele si incaperile pentru personal si a., iar linga peretele posterior sunt amplasate filtrele instalatie de tratare a apei, rezervoare de apa tratata, de solutii, schimbatoarele de caldura, pompele etc. In partea dreapta a cladirii sunt instalate cazanele. Peretele lateral din dreapta se construieste astfel, ca poate fi demontat si mutat in alt loc, ceea ce permite largirea Centralei. Turbina poate fi instalata in locul unui cazan sau in partea incaperii unde sunt situate pompele si scimbatoarele de caldura.

Ventilatoarele se instaleaza in mod individual la fiecare cazan. Ventilatorul de aer poate fi situat linga peretele din dreapta a cazanului, in partea lui din spate, sau in afara peretelui cladirii in dreptul frontului fiecarui cazan. Ezgaustorul se amplaseaza sub economizor sau indata dupa acesta.

Distanta dintre utilaje, precum si a utilajelor de la pereti trebuie sa fie nu mai mica de 1,5 m, cu exceptia ventilatoarelor care pot fi lipite de peretele cladirii, cazanului sau economizorului.

Aspirarea aerului se produce prin doua guri: una din interiorul incintei pentru vara si alta din exterior pentru a evita curentii si racirea incintei pe timp de iarna. Canalul de refulare a aerului se amplaseaza sub podea pina in dreptul arzatoarelor. De asemenea sub podea se amplaseaza si canalul de refulare al ezgaustorului. Cosul de fum se amplaseaza la o distanta de 56 m de la peretele din spate al cladirii C.T. In stinga cosului se instaleaza degazorul. In localitatile cu temperatura mai scazuta degazorul poate fi instalat in interiorul cladirii, in partea stinga a cazanelor.

5. Calculele gazodinamice si dimensionarea ventilatoarelor:

5.1. Dimensionarea ventilatorului de aer:

Ventilatorul se alege din dupa debitul de aer si presiunea necesara.

Debitul de aer la cazan se calcula cu formula:

unde este coeficientul de corectie la productivitatea ventilatorului,

- coeficientul de exces de aer in focar;

- consumul de combustibil la cazan, in ;

- volumul stoechiometric de aer necesar arderii, in ;

- temperatura aerului, in calcule se ia ;

Valorile ultimilor patru marimi se iau din proiectul precedent al cazanului.

Presiunea necesara se compune din rezistenta aerodinamica a canalelor de aspiratie si refulare a ventilatorului si din rezistenta arzatorului, care a fost ales in proiectul precedent.

Pentru calcularea rezistentei canalelor de gaze in prealabil se efectueaza trasarea si dimensionarea acestora. Schema traseului aerului in cazul amplasarii ventilatorului linga peretele sting al cazanului este prezentata pe fig.8.

La dimensionarea canalelor de gaze se face uz de faptul, ca la viteze mai mici de 10 m/s pierderile de sarcina liniare sunt mici si pot fi neglijate. Pierderile in canal se vor constitui numai din cele locale.

Algoritmul calculelor este urmatorul:

1. dupa si se determina aria sectiunii transversale a canalului:

2. forma canalului luindu-se dreptunghiulara, apropiata de patrat, se determina valorile laturilor , acestea fiind multiple la 5 cm: a=0.4 m; b=0.45 m;

3. se precizeaza valoarea sectiunii canalului:

4. se precizeaza valoarea vitezei aerului:

5. se calcula pierderile locale de sarcina cu formula:

unde: r_a este densitatea aerului la temperatura data, in kg/m³;

z - coeficientul pierderilor locale, se vor lua din tab.A4.

Presiunea ventilatorului se va determina cu formula:

Rezistenta aerodinamica a arzatorului DP_arz se va lua din

Coeficientul de corectie se va lua .

Dupa debitul de aer la cazan si presiunea necesara alegem ventilatorul:

cu V = 10200 m³/h, P = 2190 Pa, randamentu η = 83 %, masa fara motorul electric m = 417 kg, motorul electric: marca 4A-160S4 cu puterea N_m.e= 15 kW.

5.2. Dimensionarea cosului de fum:

Cosul de fum se va calcula pentru debitul total al gazelor evacuate din cazanele centralei:

unde este debitul gazelor la cazan, sau productivitatea ezgaustorului; se va determina cu formula:

unde este volumul stoechiometric al gazelor de ardere, in ;

si - respectiv coeficientul de exces de aer si temperatura gazelor evacuate

din cazan, se iau din proiectul cazanului.

Considerind viteza gazelor , calculam valoarea prealabila a diametrului cosului la iesirea gazelor din el- . Dupa valoarea obtinuta din tab. A5 se alege constructia respectiva a cosului. Dupa valoarea diametrului cosului standart se verifica viteza de iesire a gazelor.

Dupa standart alegem . Acestui diametru ii corespunde inaltimea cosului .

Pentru cosurile de forma conica se calcula diametrul la baza:

aici: este inaltimea cosului;

- inclinarea peretilor, .

Avind constructia si dimensiunile, se determina autotirajul cosului:

aici: r_a si r_g.ev sunt densitatile, respectiv a aerului ambiant si a gazelor evacuate, in kg/m³; densitatea aerului se ia pentru temperatura de .

De asemenea se determina pierderile de sarcina in cos, liniare:

si cu viteza de iesire:

unde: l este coeficientul de frecare; valoarea lui:

pentru cosuri din caramida si beton - 0,02;

pentru cosuri metalice - 0,01.

Depresiunea la intrare in cos va fi:

5.3. Dimensionarea exgaustorului:

Exgaustorul se dimensioneaza dupa productivitatea V_ex si presiunea P_ex, care se compune din rezistenta cazanului impreuna cu economizorul si rezistenta traseului de gaze de la economizor la cos. Depresiunea la intrare in cos se va scadea din aceasta suma.

Rezistenta gazodinamica a traseului se va calcula dupa acelasi algoritm ca si rezistenta traseului de aer. Valoarea coeficientului de corectie b_p de asemenea va fi aceeasi

Dupa debitul de aer la cazan V_ex si presiunea necesara P_ex  alegem exgaustorul: cu V = 14650 m³/h, P = 1780 Pa la t = 200⁰C, randamentul η = 83 %, masa fara motorul electric m = 536 kg, motorul electric: marca 4A160S4 cu puterea N_m.e= 11 kW.

ANEXE:

Tabelul A1

Caracteristicile cazanelor de abur de tip DE:

Tabelul A2

Tabelul A3

Randamentul mecanic al turbogeneratoarelor

Tabelul A4

Valorile coeficientilor rezistentelor locale

Tabelul A5

Dimensionarea cosurilor de fum

*** - conic din caramida, sau cilindric metalic;       

vvv - conic din caramida;

ooo- conic din beton armat.

Bibliografie:

A. Leca, I. Prisecaru. "PROPRIETATILE TERMOFIZICE SI TERMODINAMICE solide, lichide, gaze", vol. 1, Editura tehnica, Bucuresti 1994.

2. K. F. Rodatis, A. N. Poltaretkii, "Spravocinik po kotelnim ustanovkam maloi proizvoditelnosti", M., Energoatomizdat,1989.