lucrari de laborator

4.LUCRRI DE LABORATOR

n acest capitol sunt prezentate lucrrile de laborator efectuate n

cadrul Catedrei E.T.C.N. pentru specialitile Instalaii de ardere i cazane

de abur, Generatoare de abur, Combustibili neconvenionali, Reducerea

polurii. Aceste lucrri de laborator [9] se execut pe parcursul a unui semestru universitar n 7 edine, dup cum urmeaz:

I Prezentarea normelor de protecie a i a tehnicilor de securitate a muncii. Prezentarea general a laboratoarelor Catedrei E.T.C.N.;

II Determinarea curbei granulometrice a prafului de crbune i determinarea puterii calorifice a combustibilui gazos;

III Determinarea analizei imediate (tehnice) a combustibililor solizi;

IV Determinarea randamentului pe cale indirect a unui focar de combustibil gazos;

V Determinarea randamentului pe cale indirect a unui focar de combustibil solid;

VI Determinarea consumului mediu de combustibil al unei centrale de putere termic mic cu combustibil gazos care funcioneaz n regim de condensaie;

VII Determinarea consumului mediu de combustibil al unei centrale de putere termic redus care funcioneaz cu combustibuil solid sau cu combustibil lichid.

10 GENERATOARE DE ABUR

LUCRAREA NR.1

DETERMINAREA CURBEI GRANULOMETRICE A

PRAFULUI DE CRBUNE I DETERMINAREA PUTERII CALORIFICE A COMBUSTIBILULUI GAZOS

A. DETERMINAREA CURBEI GRANULOMETRICE A PRAFULUI DE CRBUNE

A.1. Generaliti

n centralele electrice moderne combustibilul solid este ars n stare

pulverizat. Se obin astfel randamente ridicate ale procesului de ardere i debite mari de abur pe cazan. Obinerea prafului de crbune se face n dou trepte: premcinare n concasoare (se obin buci de crbune brut de 10 15 mm pornind de la dimensiuni de 200 mm i mai mari); mcinare propriu-zis n mori de mcinat (se obin particule de praf, aproximativ de form sferic,

cu dimensiuni ce variaz de la 0,1 m pn la 300-500 m ). Cu ct

dimensiunile particulelor unui combustibil sunt mai mici, cu att praful este

mai fin. avantajele unei finei de mcinare ridicate sunt contracarate de consumul de energie electric n morile de mcinat. Rezult c exist o finee optim de mcinare pentru fiecare tip de crbune. Determinarea fineii de mcinare se face, n mod obinuit prin trecerea unei probe de praf de analizat (200 g) prin mai multe site ale cror ochiuri au dimensiuni standard. Aceast operaie se numete analiz granulometric. Prin aceast analiz dup prelucrarea corespunztoare a datelor experimentale, se obin date referitoare la dimensiunile particulelor de praf, la coninutul de particule de diferite dimensiuni, la suprafaa specific a acestora etc. O sit de cernere este constituit dintr-un cilindru metalic cu un diametru de 200 mm i o nlime de 50 80 mm. Partea inferioar a cilindrului este acoperit cu o pnz de sit metalic. Ochiurile sitei sunt ptrate (fig 4.1) i sunt caracterizate de dimensiunea laturii (de exemplu sita de 200 are ochiul

de 200 m ). Construcia cadrelor de sit permite aezarea sitelor una peste

alta.

Calculul termic al unui ciclu CTC 11

A.2. Aparatur i materiale

Pentru efectuarea lucrrii este necesar: - un sistem de minim 5 site de cernere (cele mai folosite sunt sitele de

90, 125, 160, 200, 315, 500);

- maina specific de cernut (un vibrator cu electromagnet, fig. 4.1); - balana pentru cntrirea probei de analizat; - borcan cu combustibil de analizat; - cilindru pentru determinarea volumului probei; - spatul, suport (din hrtie) pentru manevrarea refuzurilor (resturilor)

de pe site.

Fig. 4.1. Dispunerea sitelor n maina de cernut

A.3. Mod de lucru

Se aleg 5 site de dimensiuni diferite. Se aeaz n maina de cernut n urmtoarea ordine: la partea inferioar sita cu ochiurile cele mai fine (de exemplu sita de 90), iar la partea superioar, sita cu ochiurile cele mai mari (sita de 500). Proba de praf de 200 g se introduce n sita superioar. Apoi tot sistemul se nchide la partea de jos cu un fund i la partea superioar cu un capac, se aeaz n vibrator i se strnge cu ajutorul unei chei de fixare. Se


pornete vibratorul i se cerne proba de analizat aproximativ 20 de minute. La finalizarea procesului pe fiecare sit a mainii de cernut se obin refuzuri pariale (ce trece printr-o sit se numete debit, dar n energetic se prefer analiza prafului prin refuzuri sau resturi). Aceste resturi pariale sunt cntrite iar rezultatele se trec n tabelul 4.1. Pentru a calcula refuzul parial sau total n procente se aplic relaia:

%,100200

%,100200

g

t

t

g

x

x

RR

RR

(4.1)

Tabelul 4.1

Calculul refuzurilor parilale i totale pentru sistemul de 5 site

Dimensiunea

ochiului

(m) Refuz

500 315 200 125 90

Refuz parial n g g

xR

Refuz total n g g

tR

Refuz parial n %

xR

Refuz total n %

tR

n cazul ideal suma tuturor refuzurilor pariale i a cantitii de praf de pe fund trebuie s fie 100% (sau 200 g). Practic se ajunge la 98 99 % (restul de 1 2 % sunt pierderi). Pentru aprecierea calitii prafului mcinat este suficient s se cunoasc refuzul pe o singur sit (de exemplu pe sita de 90). Iat cteva valori optime pentru diferii crbuni (tab. 4.2).

Tabelul 4.2

Refuzul optim pe sita de 90 m pentru diferii crbuni

Combustibilul

Refuzul optim pe sita de 90:

- refuz parial dac sistemul este format doar din sita de 90;

- refuz total dac sistemul are 5 site

Lignit 40 60 %


Huil 15 20 %

Antracit 5 10 %

Pentru efectuarea unei analize mai precise se determin resturile pe

cinci site. Pe baza tabelului 4.1 se traseaz diagrama )(% xfRt , unde x

este dimensiunea ochiului sitei n m (dimensiunea ochiului sitei este egal cu dimensiunea particulei de praf). Unind punctele experimentale printr-o

curb se obine aa numit caracteristic granulometric. Pentru exemplificare, n fig. 4.2 se prezint caracteristica granulometric a prafului de crbune de Lupeni.

Fig.4.2. Caracteristica granulometric a prafului de crbune de Lupeni.

Caracteristicile granulometrice au o alur bine determinat, care se pstreaz la analiza prafului provenind din oricare sort de crbune, mcinat n diferite moduri. Acestea sunt similare si pentru alte substane: ciment, sticl, cuar, etc.

Pornind de la curba granulometric, Rommler i Rosin au gsit o expresie analitic de forma:

100 b xtn

R e , % (4.2)


unde tR este refuzul total pe sita cu dimensiunea x a ochiurilor, n %; x -

dimensiunea particulelor sau a ochiului sitei, n m; b - coeficient care

caracterizeaz fineea de mcinare a prafului; n - coeficient care caracterizeaz gradul de uniformitate a prafului.

Aceti coeficieni depind de combustibil i de tipul de moar utilizat. Dac se cunosc refuzurile procentuale pe dou site oarecare cu dimensiunile

1x i 2x rezult:

1

2

1

2

100

100

b x

t

b x

t

n

n

R e

R e

(4.3)

Din rezolvarea sistemului 4.3 se obine:

1

2

1

2 100ln

100ln

ln

ln

1

t

t

R

R

x

xn (4.4)

1 1 2 2

1 100 1 100ln ln

n n

t t

bx R x R

(4.5)

Cunoscnd coeficienii n i b , i determinnd densitatea aparent a prafului de crbune cu relaia:

3 3200

10 , /ap kg mV

(4.6)

n care V este volumul ocupat de masa de 200 g de praf de crbune, n cm3, se pot calcula urmtoarele mrimi(vezi problema 2.13, Vol. I):

- diametrul maxim al particulei de praf de crbune:

1/

max

ln 1000( ) ,nx

b (4.7)

- numrul total al particulelor dintr-un kg de praf va fi:

max

min

18 46 10 ,n

x

n bx

ap x

b nN x e dx

(4.8)


unde xmin este dimensiunea minim (diametrul minim) al particulelor de

praf: xmin se consider 0,1 m; xmax s-a calculat cu relaia 4.7.

- numrul de particule cuprinse n intervalul 30 90 m (de exemplu)

este: 90

18 430 90

30

6 10 ,nn bx

ap

b nN x e dx

(4.9)

- masa particulelor cuprinse ntre 30 90 m este dat de relaia: 90

130 90

30

,nn bxM b n x e dx (4.10)

- suprafaa particulelor de praf situate n intervalul 30 90 m este: 90

2 230 90

30

, ,nn bx

ap

b nF x e dx m

(4.11)

- suprafaa tuturor particulelor de praf de crbune va fi: max

min

6 2 26 10 , m .n

x

n bx

ap x

b nF x e dx

(4.12)

B. DETERMINAREA PUTERII CALORIFICE A

COMBUSTIBILULUI GAZOS

B.1. Generaliti

Puterea calorific a combustibililor gazoi la presiune constant,

reprezint cantitatea de cldur, exprimat n 3/ NmkJ , produs prin arderea

unui 3Nm din gazul cercetat, n condiiile n care gazul combustibil, aerul

pentru combustie i gazele de ardere rezultate din ardere au aceeai temperatur i presiune. Dac apa format n gazele de ardere se consider n

stare lichid, puterea calorific se numete superioar ( sQ ), iar dac apa se

consider n stare de vapori, puterea calorific se numete inferioar ( iQ ).

Dac se cunoate compoziia combustibilului gazos, puterea calorific se calculeaz ca o medie ponderat a puterilor calorifice ale componentelor gazoase carburante. Dac nu se cunoate compoziia compoziia combustibilului gazos, atunci puterea calorific se determin experimental cu calorimetrul JUNKALOR.


B.2. Aparatur i materiale

Puterea calorific a combustibilului gazos se determin cu ajutorul unui calorimetru de debit. Aparatul este compus din (fig. 4.3):

1 - calorimetru propriu-zis;

2 regulator de nivel;

Fig. 4.3. Calorimetru JUNKALOR pentru determinarea puterii calorifice a

combustibilului gazos.

3 robinet cu cadran; 4 regulator de debit; 5 robinet pe trei ci 6 dispozitiv regulator tiraj gaze de ardere; 7 tub de scurgere i cilindru de colectare a apei de condensare; 8 gazometru avnd o capacitate de 5 litri gaz la o rotaie complet a

tamburului;

9 bec Benson; 10 regulator de presiune;


11 termometru pentru determinarea temperaturii apei la intrarea n calorimetru;

12 termometru pentru determinarea temperaturii apei la ieirea din calorimetru;

13 termometru pentru determinarea temperaturii gazelor de ardere la ieirea din calorimetru (la evacuare);

14 termometru pentru determinarea temperaturii gazului de cercetat la ieirea din gazometru;

15 tub U pentru determinarea presiunii gazului de cercetat la intrarea n gazometru.

Mai sunt necesare: barometru cu mercur; cronometru pentru controlul

rotaiei tamburului gazometrului; doi cilindrii gradai de volum mare i unul de volum mic pentru apa de condens.

B.3. Mod de lucru. Calcule.

Principiul de funcionare al metodei se bazeaz pe transmiterea cldurii rezultate din arderea complet a unui debit continuu de gaz (10 litri de gaz 2 rotaii complete ale gazometrului) unui debit continuu de ap care evacueaz aceast cldur.

nainte de efectuarea msurtorilor se fac urmtoarele operaii pregtitoare:

- se potrivete robinetul de intrare al apei n calorimetru astfel nct o rotaie complet (5 l de gaz) s aib loc n aproximativ 100 secunde; n acelai timp se aprinde becul Benson;

- dup cteva rotaii ale tamburului, se regleaz alimentarea cu aer a becului Benson astfel nct vrful flcrii s devin neluminos, se deschide larg clapa de reglare a tirajului i se introduce becul sub calorimetru, fixndu-l;

- se regleaz robinetul de intrare al apei n calorimetru pentru ca creterea de temperatur a apei s fie de 8 9 C.

- se noteaz urmtoarele date: presiunea barometric, bp n mmHg;

temperatura gazelor de ardere la ieirea din gazometru, evt , n C;

presiunea gazului n gazometru gp n mmHg; temperatura gazului

cercetat la ieirea din gazometru, gt , n C.

n momentul fixrii acului indicator al gazometrului la indicaia dorit, se dirijeaz apa cald din robinetul 5 spre ieire ap, ctre un cilindru gradat, aezat sub ieirea apei.


Se fac cteva citiri ale temperaturii apei la intrare i la ieire (aproximativ la 1 min.). n momentul n care acul indicator trece prin poziia indicat la finalul celei de-a doua rotaii, socotit de la nceputul colectrii apei (2 rotaii complete = 10 l gaz) se schimb scurgerea apei spre canal.

Este nevoie de doi cilindrii gradai pentru a permite notarea volumului de ap i deversarea acesteia la canal dintr-un cilindru, n timp ce cellalt cilindru colecteaz apa.

Observaie! Eefectuarea msurtorilor nu poate ncepe dect dup ce vaporii de

ap din gazele de ardere ncep s condenseze (se colecteaz n cilindrul 7). Evident n momentul nceperii lucrrii, cilindrul 7 se golete.

Se msoar i se nsumeaz cantitatea de ap cald colectat, m, n cm3. Se calculeaz media temperaturilor la intrare i ieire a apei (ti, te). Se msoar apa de condens, mk, n cm3.

Dup nregistrarea rezultatelor se nchide alimentarea cu gaz, se scoate becul de sub calorimetru i se ntrerupe alimentarea cu ap.

n efectuarea calculelor s-a considerat c densitatea apei, = 1000 kg/m3. De asemenea s-au neglijat pierderile de cldur n exterior prin pereii calorimetrului. n aceste condiii nu este necesar nicio transformare a unitilor de msur ale mrimilor ce intr n calculul relaiilor ce urmeaz.

Puterea calorific superioar se calculeaz dintr-o relaie de bilan termic:

3/,)(

mkJV

ttcmQ

iep

s

(4.13)

cu m, n cm3, KkgkJcp /,186,4 i lV 10

30,4186 ( ), /s e iQ m t t kJ m (4.14)

Puterea calorific inferioar se calculeaz cu relaia:

3/,2510

mkJmV

QQ ksi (4.15)

sau 30,4186 ( ) 251 , /i e i kQ m t t m kJ m , cu km n cm

3.

Pentru a putea compara puterile calorifice determinate n anumite

condiii de presiune i temperatur este necesar s se calculeze un factor de transformare de la condiiile reale la cele normale (0C i 760 mmHg).

273760

273 0,07356

gNr

N b g

tp TF

T p p p

(4.16)

unde tg este n C, pb n mmHg, i pg n mmH2O.


Acest factor se calculeaz la combustibilii gazoi deoarece pentru acetia influena condiiilor de mediu asupra puterii calorifice este una semnificativ.

nmulind factorul de transformare cu valorile sQ i iQ se obin

puterile calorifice ale combustibililor gazoi n condiii normale:

3

3

/,

/,

NriiN

NrssN

mkJFQQ

mkJFQQ

(4.17)

Pentru aceast lucrare este necesar efectuarea a dou determinri de ctre acelai operator i pe acelai aparat, admindu-se o abatere de la media valorilor de maxim 0,3%.

LUCRAREA NR. 2

DETERMINAREA ANALIZEI IMEDIATE (TEHNICE) A

COMBUSTIBILILOR SOLIZI

1.Generaliti

n realizarea unor probleme practice, este suficient s se cunoasc cteva proprieti ale crbunilor puse n eviden prin analiza imediat. Obiectivul analizei imediate const n determinrile efectuate pe o prob de crbune n vederea stabilirii umiditii, substenelor volatile, cenuii, cocsului i a crbunelui fix. n urma nclzirii unei probe cunoscut de crbune pentru analiz se vor degaja umiditatea i apoi un amestec de produse gazoase, substanele volatile; rezidul solid rmas este cocsul, care se compune dintr-o parte mineral, din care prin ardere rezult cenua i dintr-o parte combustibil numit crbune fix. Suma produselor rezultate n urma descompunerii termice, calculate n procente masice, constituie expresia

matematic a analizei imediate:

100%a a a aa fV W C A (4.18)

unde notaiile reprezint, respectiv procentul de substane volatile cu referire la proba analitic, umiditatea, crbunele fix i cenua, %. n relaia 4.18

termenul afC se determin prin diferena 100 ( )a a a af aC V W A .

Cocsul n proba pentru analiza are expresia:

, %a a afK C A (4.19)


Cu ajutorul factorului de transformare se poate gsi expresia analizei imediate cu referire la proba iniial:

100%i i i it fV W C A (4.20)

unde factorul de transformare de la proba pentru analiz la proba (starea) iniial are expresia:

i

t

a

a

iaW

Wf

100

100 (4.21)

Astfel aiaia

ia

i AfAVfV ;

Umiditatea total la proba iniial se determin cu relaia:

100

100 iah

i

i

t

WWWW

(4.22)

unde iW este umiditatea de mbibaie (de mbibare) a crbunelui, n %; a

hW

este umiditatea hidroscopic a probei de analiz, n %. Observaie ! Conform DEX denumirea corect este de mbibare dar n literatura

tehnic de specialitate (de ex. Standard Romn ISO 5264/1995) se accept i termenul de mbibaie.

Coninutul de crbune fix se calculeaz prin diferena:

100 ( )i i i if tC V W A (4.23)

2. Aparatur i materiale

Pentru efectuarea analizei imediate sunt necesare urmtoarele: fiole de aluminiu, de preferin cu diametrul 40-50 mm i

nlimea de 10-30 mm; etuve de laborator, clete de manevrat, exsicator; termometru cu diviziune din grad C n grad C; cuptor electric reglabil pentru a putea menine o temperatur

constant de 850250C; plac de azbest, spatul, creuzete ceramice sau de porelan,

crp uscat; balan electronic de cntrit probele de combustibil (precizie

de patru zecimale);

container (borcan de analiz) cu crbune la proba de analiz; nisip cuaros cernut prin sit.

Principalele aparate utilizate sunt prezentate n figura 4.4.

3. Modul de lucru i calcule.


a) Determinarea umiditii higroscopice

Umiditatea de mbibaie (superficial, extern) este cantitatea de ap pierdut de combustibil prin uscarea lui la aer pn la greutatea constant. Umiditatea higroscopic (coloid, interioar) este cantitatea de ap care rmne dup ndeprtarea umiditii de mbibaie i se determin prin uscarea n etuv la 1050C a probei de crbune uscate la aer. Umiditatea higroscopic este puternic legat de masa crbunelui. Rezult c aceasta nu depinde practic de fineea de mcinare. n aceste condiii se poate

considera c aaa

h WW i relaia (4.22) devine:

100

100 iaa

i

i

t

WWWW

(4.24)

Fig. 4.4. Principalele aparate necesare determinrii analizei tehnice a prafului de crbune

Se ia o prob din borcanul de analiz ( 4 grame) cu ajutorul unei spatule. Se pune ntr-o fiol de aluminiu cu capac adus n prealabil la mas constant (se menine n etuv, la 1050C, aproximativ 5 minute). nainte de a introduce praful de crbune, fiola cu capac se cntrete (m0). Se omogenizeaz astfel nct grosimea stratului de combustibil din fiol s fie de cel mult 5 mm. Se cntrte fiola cu capac i cu proba de analizat (m1). Se aeaz fiola neacoperit, mpreun cu capacul, n etuva nclzit


la 1050C. Se las timp de 90 minute. Se oprete etuva i se ateapt pn cnd se poate acoperi fiola cu capacul. Se introduce fiola acoperit n exsicator pentru rcire. Dup rcire, se cntrete fiola acoperit cu proba de analizat (m2). Operaia de uscare-rcire se poate repeta (timpul de meninere n etuv scade la 30 minute) pn cnd m2 rmne constant.

Umiditatea higroscopic se calculeaz cu relaia:

%,10001

21

mm

mmWW aa

a

h (4.25)

Apoi cu relaia (4.22) sau (4.24) se calculeaz itW (dac nu se determin, i

W pentru lignit se poate aprecia n intervalul 12-15%).

b) Determinarea coninutului de cenu

Cenua este rezidul solid rmas dup arderea combustibilului solid. Determinarea coninutului de cenu presupune parcurgerea urmtoarelor secvene: se calcineaz creuzetul gol pn la mas constant, dup care se rcete i se cntrete (m1); proba pentru analiz se omogenizeaz (borcanul de analiz se amestec timp de 1 minut); se iau 12 g praf de crbune i se introduce n creuzet; combustibilul se niveleaz ntr-un strat uniform, printr-o uoar ciocnire; se cntrete creuzetul cu combustibil (m2) i se introduce n cuptorul electric la temperatur ambiant; se ridic treptat temperatura cuptorului la 850250C, astfel nct aceasta s fie atins n minimum 60 minute; dup ce s-a atins temperatura, creuzetul se menine n cuptor nc 60 minute; apoi se scoate din cuptor, se aeaz pe placa de azbest cam 5 minute i apoi se introduce n exsicator; dup rcire se cntete (m3). Coninutul de cenu din proba de analiz se exprim n procente i se calculeaz cu relaia:

%,10012

13

mm

mmAa (4.26)

Cu ajutorul factorului de transformare iaf se determin :i i a

a iA A f A

c) Determinarea coninutului de materii volatile

Materiile volatile reprezint cantitatea total de produse degajate prin nclzirea combustibilului n condiii bine stabilite, mai puin umiditate. Modul de determinare se prezint n continuare. Creuzetul gol, ters n prealabil cu o crp uscat, se calcineaz n cuptor la 8500C timp de 5


minute, se scoate din cuptor i se las s se rceasc la temperatura aerului din laborator. Se ia aproximativ 1 gram de nisip cuaros i se pune n creuzet, dup care ansamblu creuzet-nisip se cntrete (m1). Nisipul are rolul de a reine eventualele particule de cocs care ar fi antrenate de gazele de ardere. Din proba de analiz omogenizat se adaug n creuzet 1...2 grame de praf de crbune. Cu ajutorul unei spatule combustibilul se amestec cu nisipul, pn la omogenizare, dup care se cntrete (m2). Creuzetul se introduce cu ajutoul cletelui de manevr n cuptor la 850250C i se menine exact 7 minute cronometrate din momentul nchideii uii cuptorului. Temperatura cuptorului se va menine n intervalul menionat mai sus. Se scoate creuzetul din cuptor i se las s se rceasc n exsicator pn la temperatura ambiant. n final se cntrete (m3).

Coninutul de volatile se determin cu relaia:

2 3

2 1

100 , %a aam m

V Wm m

(4.27)

Dup aceea se poate determina: aiai VfV

Avnd determinate iiit VAW ,, se mai pot calcula:

1. coninutul de crbune fix (cu relaia 4.23):

100 ( )i i i if tC V W A

2. coninutul de cocs: ,%i i ifK C A (4.28)

3. criteriul de intensificare a arderii: i

i if

Ak

C (4.29)

n funcie de ik , combustibilii solizi se pot grupa:

cu intensitate de ardere ridicat: ik < 0,5;

cu intensitate medie de ardere: 0,5 ik 1;

cu intensitate de ardere redus: ik > 1.

4. criteriul de aprindere ak : i

a if

Vk

C

Din acest punct de vedere se disting dou grupe:

combustibili cu capacitate redus de aprindere, ak 1;


combustibili cu capacitate ridicat de aprindere, ak >1.

LUCRAREA NR. 3

DETERMINAREA RANDAMENTULUI PE CALE

INDIRECT A UNUI FOCAR DE COMBUSTIBIL GAZOS

1. Descrierea instalaiei experimentale

Focarul pentru arderea experimental a combustibilului gazos este o instalaie complex, amenajat special pentru a studia fenomenele care apar n timpul acestui proces (aprindere, stabilitate, ardere, emisii poluante).

Focarul propriu-zis (fig 4.5) este construit dintr-o nzidire uoar autoportant. n interior focarul este cptuit cu evi rcite cu ap aezate n sistem skincassing. Focarul este cptuit cu material izolant i tabl de protecie. Construcia include o camer de ardere (focar) i un prenclzitor de aer tubular realizat n trei trepte nseriate.

Frontal, focarul este prevzut cu un arztor turbionar pentru combustibil gazos, dotat cu palete reglabile, pentru turbionarea aerului, o

instalaie electric de aprindere i o celul fotoelectric pentru supravegherea automat a flcrii de gaz.

a. Circuitul de combustibil (culoare galben) Acest circuit ncepe de la racordul principal de gaz unde este montat

o priz de presiune ce duce la un manometru. Traseul cuprinde un robinet cu sertar pan cu tij, un robinet electromagnetic comandat de celula fotoelectric i un robinet cu cep.nainte de intrarea n arztor este montat o a doua priz de presiune ce duce la un alt manometru.n paralel cu instalaia de alimentare cu gaze naturale focarul experimental este prevzut i cu o parte din componentele instalaiei de alimentare cu combustibil lichid. Se sper finalizarea acestui circuit ntr-un viitor apropiat.

b. Circuitul de ap de rcire (culoare verde) Circuitul cuprinde robinetul de nchidere cu ventil,apoi urmeaz un

distribuitor spre evile din interiorul focarului. La ieire, apa este colectat, trece printr-un robinet cu nchidere cu ventil spre staia de rcire i recirculare. Instalaia este prevzut i cu o supap de siguran cu


contragreutate cu dou prize de presiune ce conduc la dou manometre i cu instalaie de aerisire a evilor pe fiecare tronson.

Fig. 4.5. Schema focarului experimental cu combustibil gazos: 1 ventilator de aer; 2 focar; 3 ambrazura arztorului; 4 cutia de admisie a aerului; 5 conducta de alimentare cu gaz natural; 6 rotametru pentru msurarea debitului de gaz natural consumat; 7 ventilator de gaze de ardere; 8 circuitul de rcire; 9 prenclzitor de aer tubular (3 treapte); 10 co de evacuare a gazelor arse; 11 injecie de aer pentru reglarea temperaturii aerului la intrarea n ventilatorul de gaze; 12 traseul aerului primar; 13 injecie de aer pentru reglarea temperaturii aerului la intrarea n prenclzitorul de aer; 14 ochi de observaie; 15 ventilator de gaze recirculate; 16 traseu de recirculare a gazelor de ardere schimbtor de cldur gaze recirculate; 17 traseu de aer prenclzit; 18 traseu de extragere gaze de ardere; D diafragme de msurare a debitului; CR clapet de reglare; GV gur de vizitare.

c. Circuitul de aer(culoare albastr) Circuitul pornete de la ventilatorul de aer i cuprinde un distribuitor

cu trei ieiri: injecie de aer rece n gazele de ardere nainte de intrarea n prenclzitor, aer necesar arderii ctre prenclzitorul de aer, injecie de aer rece n gazele de ardere nainte de intrarea n ventilatorul de gaze.

Injeciile de aer rece n gazele de ardere se fac cu scopul de a proteja prenclzitorul de aer i ventilatorul de gaze. La ieirea din prenclzitor de aerul are o temperatur de 200-250C. Printr-o conduct izolat aerul este dirijat ctre arztor. La intrarea n arztor este prevzut o clapet de


reglare care permite reglajul uor al flcrii prin modificarea debitului de aer necesar arderii.

d. Circuitul de gaze de ardere Acest circuit ncepe din focar, continu cu canalele convective (unde

sunt amplasate treptele de prenclzire a aerului) i se ncheie, prin ventilatorul de gaze, la coul de fum. Pentru a preveni urmrile unor eventuale explozii este prevzut pe plafonul focarului, o u de vizitare care are rolul i de clapet de explozie. Podeaua focarului, materializat din evi de rcire cu ap este protejat contra temperaturilor ridicate cu un strat subire de beton refractar. Focarul este prevzut pe prile laterale cu numeroase ochiuri de observaie protejate (mecanic i optic) prin care se pot preleva i gaze de ardere pentru analiz. Instalaia de focar experimental este dotat i cu un panou de automatizare care permite pornirea, oprirea i controlul funcionrii acestuia.

Observaii! - pornirea i oprirea instalaiei se executat respectnd cu strictee

etapele prezentate n foaia de manevr existent lng instalaie; - toi cei care efectueaz lucrri legate de instalaia experimental de

focar, vor ine seama de msurile de protecie a muncii, cele prevzute n prima edin de laborator, alocat exclusiv acestora.

2. Calculul randamentului pe cale indirect Randamentul pe cale indirect al unui cazan care funcioneaz cu

combustibil gazos este dat de relaia:

%),(100 exchev qqq (4.30)

Analizorul de gaze calculeaz i afieaz randamentul centralei lund

n considerare doar evq , adic ' 100 , %evq . Dac concentraia de CO

n gazele de ardere este >100 ppm se calculeaz i pierderea de cldur prin

ardere incomplet chimic, chq :

%,2644,1um

i

gu

chQ

VCOq (4.31)

unde CO se introduce n ppm (1 ppm = 10-4%); 3/35000 Num

i mkJQ (sau se

determin din lucrarea 1); guV - volumul de gaze uscate care determin cu

relaia:

kgmCOCOCOCO

CHV N

anh

gu /,10

5,98 34

22

4

(4.32)


n care 2CO se introduce n % iar CO n ppm (valori msurate de analizorul

de gaze). Valorile se trec n tabelul 4.3.

Pierderea de cldur prin perei n exterior se determin cu relaia:

0( )360 , %

P pex um

g i

S t tq

B Q

(4.33)

unde pS este suprafaa exterioar a pereilor focarului , m2 ( pS 37 m

2 );

- coeficientul de transfer de cldur de la perete al mediul exterior (pentru

instalaii amplasate n sli, 210 /( )W m K ) ; pt - temperatura exterioar

a peretelui (se msoar cu pirometrul optic); 0t - temperatura mediului

ambiant; gB - debitul de combustibil gazos, hmN /3 (se msoar cu rotametru;

uzual hmB Ng /403 ).

Tabelul 4.3.

Mrimile msurate necesare pentru calculul randamentului

Mrimea Timpul

(min)

2CO

%

2O

%

CO ppm

'

%

pt oC

,gB

hmN /3

1

2

3

.

.

.

2CO 2O CO

'

pt ,gB

n final se calculeaz randamentul pe cale indirect a focarului experimental cu combustibil gazos:

%),'( exch qq (4.34)

3. Influena recirculrii gazelor de ardere de la finele cazanului asupra

lui xNO

Cum bine se cunoate, monoxidul de azot (NO) este componentul cel

mai important din suma oxizilor de azot ( xNO ). NO are trei componente [10]:


tNO termic puternic influenat de temperatur; cNO din combustibil datorat prezenei azotului n masa organic a

combustibilului; pNO prompt datorat prezenei radicalilor liberi (CH, C2, etc)n

spaiul de ardere.

Evident pentru gazul natural cNO este zero. Pentru reducerea

concentraiei de NO se pot aplica mai multe msuri: primare i secundare. Una dintre cele mai uzitate (n special la pcur i gaz natural) este

recircularea gazelor de ardere de la finele cazanului. Prin aceast recirculare, temperatura gazelor de ardere n focar scade i deci scade i concentraia de NO. Instalaia de focar experimental are prevzut (montare ulterioar proiectului iniial) posibilitatea recirculrii gazelor cu ajutorul unui ventilator de gaze (VGR). Injecia de gaze de ardere se face la nivelul arztorului.

Scderea concentraiei de NO se poate vizualiza pe ecranul analizorului de gaze. Rezultatele se trec n tabelul 4.4.

Tabelul 4.4

Valorile monoxidului de azot nainte i dup recircularea de gaze

Nr. Ms. NOx nainte de recirculare, ppm

NOx dup recirculare, ppm

1

2

3

...

....

....

xNO xdNO

Evident, se poate calcula eficiena acestei mrimi primare de reducere

a xNO -ului:

%,100

xd

xdx

NO

NONO (4.35)

LUCRAREA NR. 4


DETERMINAREA RANDAMENTULUI UNUI FOCAR

EXPERIMENTAL CU COMBUSTIBIL SOLID

PULVERIZAT 1.Descrierea instalaiei

Instalaia de focar experimental pentru crbune pulverizat, existent n cadrul catedrei ETCN este prezentat n figura 4.6. Principalele circuite ale instalaiei sunt:

Fig. 4.6. Schema focarului experimental cu combustibil solid: 1 buncare de crbune brut; 2 band transportoare; 3 concasor; 4 elevator; 5 buncr de crbune concasat; 6 dozator; 7 turn de preuscare; 8 moar ventilator; 9 separator inerial; 10 cicloane desprfuitoare; 11 ventilator de gaze; 12 ventilator de aer; 13 arztor;14 focar;15 prenclzitor de aer tubular;16 grtar postardere; 17 circuit de rcire; 18 ochi de observaie; 19 buncr de cenu antrenat; CR clapet de reglare; GV gur de vizitare; Pp priz de prelevare a prafului de crbune.

- circuitul de combustibil compus din:

instalaia de depozitare, transportare i concasare;

instalaia de pregtire a prafului de crbune;

focarul propriu-zis.


- circuitul gazelor de ardere; - circuitul apei de rcire; - circiutul de aer.

Circuitul de combustibil

Crbunele brun lemnos (lignitul), aa cum este adus din min, este descrcat n trei buncre (1) amplasate n exteriorul cldirii subteran. Ele sunt acoperite de capace mobile care permit ncrcarea i protecia combustibilului fa de condiiile atmosferice. Pe la partea inferioar a buncrelor crbunele cade prin nite clapete reglabile, pe banda transportoare (2) care direcioneaz combustibilul n concasorul (3). n concasor urmeaz o premcinare. Prin zdrobire ntre volurile mainii bucile de crbune sunt aduse la dimensiuni de 30-40 mm. Crbunele concasat este prelevat la ieirea din concasor de un elevator (4) care ridic crbunele la partea superioar a focarului, la cota 7,4 m. De aici, printr-un transportor tip nec, cbunele este depozitat ntr-un buncr de crbune concasat (5). Din acest buncr, prin intermediul dozatorului (6) crbunele este introdus n turnul de preuscare (7). De menionat c dozatorul are o clapet de reglare care permite modificarea debitului de crbune funcie de cerinele temelor studiate. O dat cu intrarea crbunelui n turn, tot pe la partea superioar sunt introduse printr-un canal de legtur i gazele de ardere fierbini de la finele focarului (850-9000C). Admisia gazelor de ardere se face pe baza diferenei de presiune (mai precis de depresiune ) dintre depresiunea din focar i cea creeat de moara ventilator. Debitul de gaze se regleaz cu o clapet. Rolul turnului de preuscare este acela de a elimina o parte din umiditatea de mbibaie a crbunelui (40-60%) transformnd-o n vapori. Turnul de preuscare este o component a schemei de preparare a prafului de crbune specific crbunilor cu coninut mare de umiditate (ligniilor). La partea inferioar a turnului amestecul de crbune, gaze de ardere i vapori de ap, este intodus n moara ventilator (8). Pentru protecia morii, temperatura fazei gazoase la intrarea n moar trebuie s fie sub 4500C. Acest nivel termic este controlat prin injecia de aer rece n canalul de lagtur dintre focar i turn. n moar are loc prelucrarea final, mcinarea propriu-zis a crbunelui. Mcinarea este fcut prin zdrobirea i lovirea crbunelui de ctre paletele unui rotor n micare (5000 rot/min).

mpreun cu amestecul mai sus menionat, n moar, intr i o parte din aerul necesar arderii, numit aer primar, care are rolul de a transporta praful

de crbune de la moar la arztor. Aerul primar suplimenteaz efectul de ventilaie al morii i reduce i

temperatura amestecului praf-faz gazoas pentru a preveni aprinderea pe conducta de transport. Deasupra morii ventilator se gsete un separator inerial (9) care are rolul de a introduce n moar particulele de crbune


mcinate necorespunztor (a se vedea lucrarea nr.1). Pe conducta de legtur dintre separatorul morii i arztor exist o priz de prelevare a prafului de crbune care permite luarea probelor i efectuarea n laborator a curbei granulometrice a prafului i a fineii de mcinare. n arztor (13) este introdus, radial i restul aerului necesar arderii, numit aer secundar. De asemenea pentru o reglare eficient a procesului de ardere i pentru reducerea concentraiei de NOx exist i o a treia treapt de injecie de aer, numit aer teriar. De menionat c, dac, combustibilul solid achiziionat este deja concasat, alimentarea instalaiei se poate face direct n buncrul de crbune concasat (5).

Circuitul de gaze de ardere

Acest circuit ncepe cu focarul, care este locul n care are loc procesul

de ardere. Este o construcie etan, din perei membran, rcii cu ap. Este prevzut i cu un arztor de gaz natural pentru pornire i pentru stabilitatea flcrii. n zona arztoarelor de jur mprejurul perimetrului focarului exist o nzidire din crmizi refractare numit bru de aprindere, care are rolul de a crete stabilitatea procesului de ardere.

Din focar fazele de ardere trec prin prenclzitorul de aer tubular (15) apoi prin trei canale sunt dirijate ctre trei cicloane desprfuitoare (10) unde aproximativ 40-50% din cenua antrenat este reinut i colectat ntr-un buncr de cenu (19). n final ventilatorul de gaze (11) preia gazele de ardere i le evacueaz la co. Pe traseul lor gazele de ardere sunt rcite prin dou injecii de aer rece: una nainte de PAT i una nainte de VG, astfel nct la evacuare temperatura gazelor de ardere este de 160-180 0C.

La partea inferioar focarul se ngusteaz pe dou laturi formnd plnia care are rolul, prin sistemul de evacuare, de a elimina cenuna czut (acz 10%). Ulterior construciei iniiale la jumtatea plniei s-a montat un grtar postardere fix (16), care are rolul de a reduce pierderea procentual de cldur datorat nearselor din punct de vedere mecanic, qm. Pereii focarului au prevzute numeroase ochiuri de observare (18) i o gur de vizitare (G.V). Circuitul apei de rcire

Dintr-un distribuitor de ap de rcire intr n evile ecran ai pereilor membran (17) preia o parte din cldura gazelor de ardere, se nclzete la o temperatur de 70-800C este colectat i trimis spre staia de rcire i recirculare. Intrarea i ieirea apei din evile de rcire sunt asistate de ventile de nchidere/deschidere.

Fiecare circuit este prevzut cu robinete cu cep de aerisire i robinete de golire.

Circuitul de aer


Aerul este preluat de un ventilator de aer (12) i printr-un distribuitor este dirijat astfel:

injecie de aer rece naite de VG;

spre prenclzitorul de aer tubular, ca aer necesar arderii;

injecie de aer rece nainte de PAT;

injecie de aer rece n conducta de legtur dintre finele focarului i turnul de preuscare pentru controlul temperaturii fazei gazoase la intrarea n moara ventilator. Dup prenclzirea aerului acesta urmeaz dou direcii:

a) spre moar (aer primar) pentru transportul prafului de crbune;

b) direct spre arztor (ca aer secundar i/sau teriar). Prenclzirea aerului conduce la creterea temperaturii teoretice de

ardere, la reducerea timpului de ardere, la reducerea pierderii de cldur la evacuare dar i la creterea concentraiei de NOa. Pentru fiecare combustibil exist o valoare optim a temperaturii de prenclzire a aerului (n cazul acestui focar, tp

220-2500C).

2.Determinarea randamentului pe cale indirect

Randamentul pe cale indirect al unei instalaii care funcioneaz cu crbune se determin cu relaia:

)(100 rfexchmev qqqqq ; % (4.36)

n care evq - este pierderea de cldur cu gazele de ardere la evacuare (este

calculat de softul analizorului de gaze); mq - pierderea de cldur prin

arderea incomplet mecanic, %; chq - pierderea de cldur prin arderea

incomplet chimic, %; exq - pierderea de cldur prin perei n exterior, %;

rfq - pierderea de cldur cu rezidurile din focar. Dac analizorul de gaze

afieaz randamentul

)100(' evq , % atunci relaia 4.1 devine

)(' rfexchm qqqq ; % (4.37)

Pierderea mq se calculeaz cu relaia:

)100100

(32700

antr

antrantr

cz

czcz

i

i

i

mA

Aa

A

AaA

Qq

, % (4.38)


unde iiQ este puterea calorific inferioar a crbunelui, kJ/kg; se calculeaz

cu relaia lui Mendeleev: i

t

ii

c

iii

i WOSHCQ 1,25)(1091030339 , kJ/kg (4.39)

cza - fracia de cenu czut n plnie, cza =0,05...0,1;

antra - fracia de cenu antrenat, antra =0,9..0,95;

czA - coninutul de cenu n materialul czut n plnie, %; se

determin n lucrarea 2 sau pentru acest focar se poate aproxima

%9695czA ;

antrA - coninutul de cenu al materialului antrenat de gazele de

ardere, %; se determin n lucrarea 2 sau se aproximeaz:

%9998antrA .

Dac se consider urmtoarea analiz la starea iniial a crbunelui:

23,2%; 1,9%; 10,8%; 1,3%; 0,4%; 36,5%; 25,9%;i i i i i i ic tC H O S N A W

rezult puterea calorific a crbunelui:

339 23,2 1030 1,9 109(1,3 10,8) 25,1 25,9 8136,21 /iiQ kJ kg

i pierderea mecanic:

%95,1)99

991009,0

96

961001,0(5,36

21,8136

32700

mq .

Pierderea chimic chq se determin cu relaia:

i

i

gu

mchQ

VCOqq 2644,1)01,01( , % (4.40)

unde CO se introduce n ppm; Vgu se calculeaz cu relaia:

kgmCOCO

CV N

i

gu /,)10(536,0

3

4

2

(4.41)

n care CO2 se introduce n % iar CO n ppm (1% = 104ppm).

Pierderea de cldur n exterior este:

0( )360

p pex i

i

S t tq

B Q

, % (4.42)

unde Sp este suprafaa exterioar a pereilor, Sp= 70 m2 , coeficientul de transfer de cldur de la perei la mediul exterior, W/(m2 .K); pentru ncperi

nchise 10 W/(m2 K); tp temperatura peretelui focarului, 0C; se determin cu pirometrul optic sau se poate aprecia la 40 0C; B debitul de combustibil, kg/h; de regul, B = 100 kg/h.

Pierderea cu reziduurile din focar se determin cu relaia:


i

icz

czcz

i

czrf

QA

tcAaq

100 , % (4.43)

unde n plus: ccz cldura specific a cenuii czute n plnie, kJ/(kg.K); tcz- temperatura cenuii care cade n plnie, 0C. Dac nu se poate msura temperatura tcz se impune astfel:

- la focarul experimental, tcz = 4000C rezult ccz = 0,892 kJ/(kg.K); - la focarele cazanelor energetice i industriale tcz = 6000C rezult

ccz = 0,942 kJ/(kg.K);

- la focarele cu evacuarea lichid a cenuii tcz = tc+1000C unde tc este temperatura de curgere a cenuii.

nlocuind n relaia 4.43, pentru qrf , se obine:

%162,021,813699

400892,05,361,0100

rfq .

LUCRAREA NR. 5

DETERMINAREA CONSUMULUI MEDIU DE

COMBUSTIBIL AL UNEI CENTRALE DE PUTERE

TERMIC MIC CU COMBUSTIBIL GAZOS CARE FUNCIONEAZ N REGIM DE CONDENSAIE

1.Generaliti

Randamentul util al unei centrale de nclzire care funcioneaz n regim de condensare a vaporilor de ap din gazele de ardere, conform Normei Europene EN677/1998, trebuie s satisfac condiia:

%,lg91 nP (4.44)

unde kWPn 70 i temperatura apei de retur, Cto

r 530

Prin coborrea temperaturii gazelor de ardere sub Co100 (mai precis

sub Co55 ) o parte din vaporii de ap coninui n gazele de ardere condenseaz. cldura de condensare este recuperat de un schimbtor (din cupru sau oel inoxidabil), astfel nct, randamentul centralei (cazanului) crete. Este foarte dificil n practic de a msura gradul de condensare a vaporilor de ap din gazele de ardere i deci de a calcula pierderea de cldur la evacuarea gazelor de ardere, conform [11]. Acest fapt, duce la erori de

calcul n determinarea randamentului pe cale direct i, deci i a consumului de combustibil. Prin prezenta lucrare se ncearc o determinare ct mai


obiectiv a consumului real al unei astfel de instalaie de ardere. n fig. 4.7 este prezentat o central Keston care funcioneaz n regim de condensare.

Fig. 4.7. Schema centralei KESTON cu combustibil gazos


Aparatura necesar determinrii consumului de combustibil const din (fig.4.8):

- central de condensaie KESTON de 25 kW;


- termometre digitale (tur i retur); - analizor de gaze MULTILYZER; - vas de colectare (aprox. 60 litri) a agentului de lucru (ap); - cronometru; - ap de reea; - robinete; - vas de expansiune. -

Observaie! O central KESTON de 25 kW poate fi utilizat pentru nclzirea unei locuine de 120 180 m2 suprafa construit.

Pentru o bun funcionare a centralei sunt necesare: - montarea unui vas de expansiune, racordat la retur imediat

nainte de central; - montarea robineilor de golire i aerisire; - introducerea unei instalaii de bypass ntre tur i retur (deschis

permanent) pentru ca diferena de temperatur ntre tur i retur

s fie de Co2010 - montarea unei supape de siguran pe tur, n apropierea

centralei.

Se face precizarea c, dei, boilerul cu acumulare pentru ap cald este montat, el nu se utilizeaz.

3. Mod de lucru

Se fixeaz temperatura n camera unde este montat dispozitivul de

comand al centralei (de exemplu Co22 ).Se impune intervalul de timp n care se fac msurtorile (de exemplu h). Se pornete centrala astfel nct la nceperea msurtorilor aceasta s ajung la regimul nominal de funcionare. n acest interval, care dureaz pn cnd temperatura apei pe retur rmne aproximativ constant, se monteaz analizorul de gaze (se monteaz sonda de prelevare, se seteaz combustibilul, etc).

Se fixeaz timpul de start al msurtorilor. Se vor face msurtori la un interval de 1 min. Datele obinute se vor trece n tabelul 4.4.

4. Efectuarea calculelor

Randamentul pe cale indirect al unei centrale care funcioneaz cu combustibil gazos este dat de relaia:

%),(100 exchev qqq (4.45)


Dac se consider faptul c centrala este amplasat n spaiul de

nclzit, atunci exq se poate neglija. Mai mult, analizorul de gaze calculeaz

i afieaz randamentul centralei lund n considerare doar evq , adic

%,100' evq . Dac concentraia de CO n gazele de ardere este mare

(100 ppm), n relaia de calcul a randamentului trebuie s se introduc i

pierderea procentual de cldur prin ardere incomplet chimic, chq .

Fig. 4.8. Schema de calcul a centralei cu combustibil gazos

1 arztor; 2 centrala KESTON; 3 boiler; 4 vas de expansiune; 5 analizorul de gaze MULTILYZER;6 manometre digitale;7 vas de colectare ap; 8- cronometru;9 robinete;10 co de gaze de ardere; Da debit de aer; Bg debit de combustibil gazos.

Tabelul 4.4.

Valorile mrimilor msurate pentru calculul debitului de combustibil

Timpul

(min) 2CO

% 2O

%

CO ppm

turt oC

returt oC

' V

litri

0

1

2

.....


10

2CO 2O CO turt returt

'

Acesta se determin cu relaia:

%,2644,1um

i

gu

chQ

VCOq (4.46)

n care CO se introduce n ppm; umiQ - se determin cu ajutorul

calorimetrului (lucrarea nr.1) sau se poate aproxima cu 35000 3/ NmkJ ; guV

- se determin cu relaia:

3 34

42 2

98,5, /

10

anh

gu N N

CHV m m

CO CO CO CO

(4.47)


de gaze)

Se determin :

%),( ' chq (4.48)

Se calculeaz cldura util preluat de ap:

4,17u tur returV

Q t t

, kW (4.49)

n care V este volumul vasului de colectare al apei, n l; - timpul de msurare, s; (aproximativ 1/4 h sau mai puin).

Se poate impune volumul vasului, V i se cronometreaz timpul . Valoarea randamentului obinut cu relaia 4.48 se compar cu cea

obinut din relaia 4.44 (n acest caz 25lg91 ; %4,92 )

n final se determin consumul de combustibil mediu real al centralei n condensaie cu relaia:

smQ

QB Num

i

u /, 3

(4.50)

sau hmQ

QB Num

i

u

h /,36003

Dac se consider c n lunile de iarn centrala funcioneaz aproximativ 10-12 h/zi se poate calcula aproximativ consumul mediu lunar.

Cunoscnd preul unui 3Nm gaz natural se poate aprecia efortul financiar al

nclzirii locuinei pe baz de gaz natural:


,30)1210( hBpC lei/lun (4.51)

unde p este preul pe 3Nm gaz natural

Lucrarea nr. 6



TERMIC REDUS CARE FUNCIONEAZ CU COMBUSTIBIL SOLID SAU CU COMBUSTIBIL

LICHID

1. Generaliti

Creterea permanent a preului gazului natural face ca tot mai muli beneficiari ai unui sistem de nclzire individual s se orienteze ctre centrale care funcioneaz cu lemn/deeuri lemnoase/brichete din rumegu/brichete din paie sau cu combustibil lichid (CLU, ecouleiuri, etc.).

Pentru a suplini avantajul centralei cu gaz natural (funcionare permanent i sigur) s-a proiectat i realizat o central care funcioneaz pe doi combustibili:

- n regim de durat, cu ncrcare zilnic i curire periodic combustibil solid, ardere pe grtar);

- n regim de scurt durat cu funcionare nesupravegheat i alimentare automatizat combustibil lichid (CLU sau ecouleiuri).

Pentru a putea face un necesar de aprovizionare cu aceti combustibili este obligatorie determinarea unui consum mediu de combustibil (pe fiecare

tip de combustibil n parte).

Combustibilul lemnos se poate depozita ntr-o anex a locuinei iar combustibilul lichid ntr-un rezervor montat subteran sau suprateran. Prin

determinarea consumului de combustibil se pot aproxima volumul anexei i al rezervorului de combustibil.


Schema cazanului este prezentat n fig. 4.9.


Fig. 4.9. Schema centralei cu combustibil solid-ardere pe grtar- i comb. lichid

Aparatura necesar determinrii consumului de combustibil este prezentat n fig. 4.10 pentru funcionarea cu lemn i n fig. 4.11 pentru funcionarea cu combustibil lichid. Schema cuprinde:

- central termic (cazan) lemn/comb. lichid de 55 kW; - termometre; - debitmetru de ap; - analizor de gaze MULTILYZER; - arztor de combustibil lichid; - rezervor de combustibil lichid;

Sistemul de reglaj al centralei este:

- pentru combustibil solid: cu ajutorul unui termostat care monitorizeaz temperatura apei pe tur se poate regla admisia aerului n cazan prin nchiderea/deschiderea automat a unei clapete de reglaj.

- pentru combustibil lichid: prin dispozitivul de automatizare, montat pe cazan, se comand (n funcie de temperatura apei pe tur) cantitatea de combustibil intrat n injector i debitul de aer necesar arderii.


3. Mod de lucru

Pentru combustibil solid:

Se ncarc camera de ardere (focarul) cu lemne sau deeuri lemnoase (aproximativ 1/3 din ntregul volum al focarului). Alimentarea cu combustibil

se face pe un strat de jar deja existent pe grtar. Se monteaz analizorul de gaze. Se regleaz debitul de ap astfel nct la ieire din cazan temperatura

apei s fie de Co60 . n acest moment se poate ncepe colectarea datelor. Aceste date sunt redate n tabelul 4.5. Se vor face 10 msurtori timp de 10 minute (1 msurtoare pe minut)

Fig. 4.10. Schema centralei cu combustibil solid

1 centrala propriu-zis; 2 ua de alimentare cu combustibil; 3 zona convectiv a centralei; 4 - analizorul de gaze; 5 zona de colectare a cenuii; D debitmetru; t termometre; Da debit de aer; Bs debit de combustibil solid.

Pentru combustibil lichid:

Se pornete injectorul de combustibil; se regleaz temperatura apei de

retur Co60 ;se monteaz analizorul de gaze.


Se fac msurtori timp de aproximativ 10 min. (1 msurtoare pe minut). Datele obinute se vor trece n tabelul 4.5. Pentru ambii combustibili mrimile din capul tabelului rmn aceleai.


Pentru combustibil solid:

Randamentul pe cale indirect este dat de relaia:

%),'( mch qq (4.52)

unde ' este randamentul dat de analizorul de gaze (ine cont doar de

pierderea de cldur cu gazele de ardere la evacuare); chq - pierderea

procentual de cldur prin ardere incomplet chimic; mq - pierderea

procentual de cldur prin ardere incomplet mecanic;

Fig. 4.11. Schema centralei cu combustibil lichid

1 centrala propriu-zis; 2 arztorul de combustibil lichid; 3 zona convectiv a centralei; 4 - analizorul de gaze; 5 rezervorul de combustibil; 6 panoul de comand; D debitmetru; t termometre; Da debit de aer; Bl debit de combustibil lichid

Tabelul 4.5



Timpul

(min) 2CO

% 2O

%

CO ppm

turt oC

returt oC

' D,

1000 kg/h

0

1

2

.....

10


' D

Pierderea chq se determin dac concentraia de CO n gazele de ardere este

> 100 ppm; se determin cu relaia:

(1 ) 1,2644 , %gu

ch m ii

Vq q CO

Q (4.53)

unde CO se introduce n ppm; iiQ - este puterea calorific a lemnului (se

poate aproxima cu 13000 - 15000 /kJ kg ); guV - volumul de gaze uscate care

se calculeaz cu relaia:

3

42

, /0.536 10

i

gu N

CV m kg

CO CO

(4.54)


de gaze). Dac analizorul afieaz CO n % se face transformarea 1% =

104ppm. Coninutul de carbon iC se cunoate din analiza combustibilului sau

pentru lemn se poate alege n intervalul )%4137( iC . Dac se impune

kgkJQii /14000 atunci coninutul de carbon %39iC .

Pierderea mq se poate determina cu relaia:

(100 )32700 , %i czm cz i

cz i

Aq a A

A Q

(4.55)

unde cza este fracia din cenua czut n cenuarul focarului 9.08.0 cza

; czA - coninutul de cenu din materialul czut printre barele grtarului, %; iA - coninutul de cenu la starea iniial a combustibilului, )%53( iA .

Coninutul de cenu din materialul czut se determin n lucrarea de

laborator nr. 2. De exemplu pentru kgkJQii /14000 , 0,90cza , %4iA

, %90czA ; rezult o pierdere %1mq .



4,193600

u tur retur

DQ t t , kW (4.56)

n care D este debitul de ap citit direct de debitmetru, n 1000 kg/h; Debitul mediu de combustibil se determin cu relaia:

skgQ

QB

i

i

u /,

(4.57)

sau hkgQ

QB

i

i

uh /,3600

Dac se consider c n lunile de iarn centrala funcioneaz aproximativ 24 de zile, cte 10-12 h/zi se poate calcula cantitatea de

combustibil lemnos necesar

,24)1210( hlunar BB kg/lun

Evident, cunoscnd lunarB , se poate aprecia i efortul financiar al

achiziionrii lemnului.

Pentru combustibil lichid:

Randamentul se calculeaz cu relaia:

%),( ' chq (4.58)

Pierderea chq se determin (dac CO > 100 ppm) cu relaia:

%,2644,1i

i

gu

chQ

VCOq (4.59)

unde iiQ - este puterea calorific a combustibilului lichid (se poate aproxima

i

iQ = 40000 /kJ kg ); CO - coninutul mediu de CO, n ppm; guV - volumul

de gaze uscate care se calculeaz cu relaia:

3

42

, /0,536 10

i

gu N

CV m kg

CO CO

(4.60)

n care 2CO se introduce n % iar CO n ppm . Dac analizorul afieaz CO

n % se face transformarea 1% = 104ppm. Pentru combustibil lichid qm 0.

Coninutul de carbon iC se poate aproxima %85iC . Cldura util se calculeaz cu relaia:

4,193600

u tur retur

DQ t t , kW

cu debitul D este n unitatea de msur a aparatului (n 1000 kg/h). Debitul mediu de combustibil se determin cu relaia:


skgQ

QB

i

i

u /,

(4.61)

sau hkgQ

QB

i

i

uh /,3600

Dac se consider c centrala funcioneaz aproximativ 6 zile/lun, timp de 10-12 h/zi se determin consumul mediu lunar:

,6)1210( hlunar BB kg/lun

Dac se consider perioada de nclzire de 4 luni/an, se poate aprecia capacitatea rezervorului de combustibil lichid.

Lucrarea nr. 7



TERMIC REDUS SAU MEDIE CARE FUNCIONEAZ CU BIOMAS LEMNOAS

1. Generaliti

Creterea permanent a preului gazului natural face ca tot mai muli beneficiari ai unui sistem de nclzire individual s se orienteze ctre centrale care funcioneaz cu biomas lemnoas, n special cu toctur de lemn sau toctur de salcie energetic. Sunt realizri romneti de centrale cu puteri termice cuprinse ntre 30 i 1000 kW. Mai mult, aceste centrale au fost adaptate s funcioneze i cu biomas agricol (brichete de paie).

Pentru a putea face un necesar de aprovizionare cu aceti combustibili este obligatorie determinarea unui consum mediu de combustibil.

Combustibilul lemnos se poate depozita ntr-o anex a locuinei iar alimentarea se va face din buncrul centralei. Prin determinarea consumului de combustibil se poate aproxima volumul anexei i al buncrului.


Schema cazanului este prezentat mai n fig. 4.12.


Aparatura necesar determinrii consumului de combustibil este prezentat n fig. 4.13. Schema cuprinde:

- central termic (cazan) deeuri lemnoase de 40 kW; - termometre; - debitmetru de ap; - analizor de gaze MULTILYZER;

Sistemul de reglaj al centralei este realizat cu ajutorul unui panou de

comand care monitorizeaz temperatura apei pe tur, durata de alimentare a necurilor, debitul de aer necesar arderii, depresiunea din interiorul focarului.

Fig. 4.12. Prile componente ale unui cazan cu biomas lemnoas

1- focar; 2- schimbator de cldur; 3- bolt dubl din beton refractar; 4- izolaie din vat de sticl; 5- u de vizitare pentru curire grtar; 6- u curire bolt; 7- u curire shimbtor de cldur; 8- grtar mobil; 9- evacuare gaze de ardere;10- nec alimentare focar; 11- moto-reductor 1; 12- moto-reductor 2; 13- nec alimemtare din depozit; 14- reductor extractor; 15- taler extractor; 16- aer primar ventilator aferent; 17- aer secundar

ventilator aferent; 18- ciclon purificare gaze arse; 19- ventilator gaze de ardere; 20- co de gaze de ardere.

3. Mod de lucru

Se ncarc buncrul cu deeuri lemnoase i se pornete centrala de la panoul de comand. Se regleaz debitul de ap, debitul de aer i se fixeaz

temperatura apei pe tur s fie de Co50 . Se monteaz analizorul de gaze. n


acest moment se poate ncepe colectarea datelor. Aceste date sunt redate n

tabelul 4.6. Se vor face 10 msurtori timp de 10 minute (1 msurtoare pe minut)

Fig. 4.13. Schema centralei cu biomas lemnoas

1 centrala propriu-zis; 2 ua de vizitare; 3 panoul de comand; 4 - analizorul de gaze; 5 zona de colectare a cenuii; D debitmetru; Da debit de aer; Bs debit de combustibil solid.


Randamentul pe cale indirect este dat de relaia:

%),'( mch qq (4.62)

unde ' este randamentul dat de analizorul de gaze (ine cont doar de

pierderea de cldur cu gazele de ardere la evacuare); chq - pierderea

procentual de cldur prin ardere incomplet chimic; mq - pierderea

procentual de cldur prin ardere incomplet mecanic. La biomasa lemnoas utilizat de acest cazan (toctur i salcie energetic) coninutul de cenu

este foarte mic (sub 1 %). Din aceast cauz mq se poate neglija iar relaia

4.62 devine:


%),'( chq (4.63)

Tabelul 4.6


Timpul

(min) 2CO

% 2O

%

CO ppm

turt oC

returt oC

' D,

1000 kg/h

0

1

2

.....

10


' D

Pierderea chq se determin dac concentraia de CO n gazele de ardere este

> 100 ppm; se determin cu relaia:

(1 ) 1,2644 , %gu

ch m ii

Vq q CO

Q (4.64)

unde CO se introduce n ppm; iiQ - este puterea calorific a lemnului (se

poate aproxima cu 13000 - 15000 /kJ kg ); guV - volumul de gaze uscate care

se calculeaz cu relaia:

3

42

, /0.536 10

i

gu N

CV m kg

CO CO

(4.65)


de gaze). Dac analizorul afieaz CO n % se face transformarea 1% =

104ppm. Coninutul de carbon iC se cunoate din analiza combustibilului sau

pentru lemn se poate alege n intervalul )%4137( iC . Dac se impune

kgkJQii /15000 atunci coninutul de carbon %40iC .


4,193600

u tur retur

DQ t t , kW (4.66)

n care D este debitul de ap citit direct de debitmetru, n 1000 kg/h. Debitul mediu de combustibil se determin cu relaia:

skgQ

QB

i

i

u /,

(4.67)


sau hkgQ

QB

i

i

uh /,3600

Dac se consider c n lunile de iarn centrala funcioneaz aproximativ 24 de zile, cte 10-12 h/zi se poate calcula cantitatea de

combustibil lemnos necesar i se poate dimensiona buncrul de combustibil.

,24)1210( hlunar BB kg/lun (4.68)

Evident, cunoscnd lunarB , se poate aprecia i efortul financiar al

achiziionrii combustibilului.

Lucrarea nr. 8

DETERMINAREA BILANULUI TERMIC AL UNEI MICRO-TERMO-CENTRALE CARE FUNCIONEAZ

CU MOTORIN

1. Generaliti

Lucrarea permite, pe baza caracteristicilor reale ale ciclului,

efectuarea randamentului unei micro-centrale termoelectrice (tip V10CFD0)

care funcioneaz n regim de condensaie (figura 4.14). n aceast lucrare centrala funcioneaz cu abur supranclzit, ventilul de reglare (VR) fiind complet deschis. Combustibilul utilizat este motorina. n realitate, pe baza

schemei de calcul (termomecanice) a centralei, din figura 4.15 pot fi efectuate

mai multe determinri, cum ar fi (printre altele):

Determinarea randamentului ciclului teoretic;

Determinarea randamentului ciclului real;

Calculul randamentului generatorului de abur

Determinarea puterii interne dezvoltat de turbin (n cazul teoretic i n cazul real);

Determinarea randamentului centralei cu supranclzirea aburului; ntrega funcionare a centralei este supravegheat de panoul de comand

care este montat n imediata apropiere. De asemenea toate mrimile necesare calculelor sunt afiate digital de ctre sistemul de achiziii date SAD/V10CF.

Se menioneaz c absolut toate procesele care au loc sunt identice cu cele pe care le ntlnim la centralele termoelectrice de mare putere din ara noastr (de exemplu CET Turceni).



Centrala propriu-zis reprezint o conexiune tehnic ntre urmtoarele elemente:

cazanul de abur (tip GMT. V20) mpreun cu pompa de alimentare i arztorul de motorin (injector mecanic cu retur);

turbina de abur (tip RLA) legat de generatorul de curent continuu i de condensatorul turbinei;

sistemul de rcire care cuprinde pompa de rcire i turnul de rcire cu tiraj forat;

rezervorul de condens legat de instalaia de dedurizare a apei de alimentare;

armtur fin (manometre, termometre, diafragme de msur a debitului de abur, rotametru, supap de siguran, conducte de legtur, etc);

rezervor de motorin cu sticl de nivel gradat pentru msurarea debitului de combustibil;

panou de comand i protecii;

sistem de achiziii date SAD/V10CF;

pompa de vid a condensatorului.

3. Mod de lucru

Pornirea centralei presupune respectarea unor secvene a operaiilor efectuate de cadrele didactice i de tehnicienii care asigur funcionarea aceseia n siguran. n primul rnd se pornete circuitul de ap (fluidul de lucru) astfel nct n rezervorul de condens nivelul s fie de 60-70 % din capacitatea sa maxim. Se verific nivelul de combustibil din rezervorul de motorin (s fie de minim 15 litri). Acesta este indicat de o sticl de nivel cu care este echipat rezervorul de combustibil. Se pornete pompa de rcire care preia apa de rcire din rezervorul turnului i o recircul prin condensatorul turbinei. Se pornete pompa de alimentare (pomp cu piston) i se deschide aerisirea cazanului, pn cnd aerul din evile acestuia este eliminat. n momentul acela prin eava de aerisire iese apa de alimentare.


Fig. 4.14. Schema micro termocentralei cu motorin

Fig. 4.15. Schema termomecanic a micro termocentralei


Se nchide aerisirea i se pornete instalaia de ardere, care pe lng injectorul de motorin cuprinde i ventilatorul pentru introducerea aerului necesar arderii. Reglajul combustibil/aer se face automat funcie de parametrii cazanului. Gazele de ardere produse sunt evacuate la coul de fum al cazanului. Parametrii fluidului de lucru (presiune, temperatur) ncep s creasc, moment n care se deschide ventilul spre conducta de eapare a cazanului. Aceasta evacueaz aburul produs de cazan pn cnd acesta atinge parametrii nominali. Se inchide ventilul de eapare i se dechide treptat ventilul de pe conducta de abur viu (conducta de legtur dintre cazan i turbin). n primul rnd, nainte de accesul aburului n turbin, aburul este dirijat spre sistemul de etanare a lagrelor turbinei. Pentru aceast turbin (practic o treapt Curtis) etanarea se face cu pern de abur, spre deosebire de situaiile cunoscute (etanare cu labirini). Aburul este evacuat n atmosfer printr-o alt conduct de eapare. Dup asigurarea etanrii se nchide eaparea i se deschide ventilul de admisie a aburului n turbin. Aceasta ncepe s se roteasc. Se pornete pompa de vid care asigur depresiunea n condensatorul turbinei. De asemennea se deschide ventilul de legtur cu condensatorul turbinei. Aburul evacuat din turbin intr n condensator, unde condenseaz i este trimis n rezervorul de condens. Temperatura apei de rcire la ieirea din condensator crete. La rndul su aceasta este rcit de aer, n turnul de rcire. Pentru o rcire corespunztoare, la temperatura apei de 50 C intr n funciune ventilatorul de aer al turnului care intensific procesul de rcire (prin transfer de mas). Apa rcit este colectat n rezervorul turnului preluat de pompa de rcire i procesul se reia. Din rezervorul de condens fluidul de lucru este trimis ctre pompa de alimentare a cazanului, circuitui se nchide i procesul continu. O parte din condens, precum i apa de adaos sunt filtrate de instalaia de dedurizare pentru a asigura o concentraie de sruri normal n fluidul de lucru.


Se pornete centrala conform indicaiilor de la punctul 3 i se regleaz n jur de 30-45 de minute pn cnd presiunea i temperatura aburului n diferitele puncte ale circuitului i temperatura apei de rcire la ieirea din condensator rmn constante. Cnd stabilizarea este realizat se pot citi de pe panoul de achiziii datele necesare efecturii calculelor dorite. Relaiile de calcul care stau la baza efecturii lucrrii (lucrrilor) de laborator sunt:

1. Cldura introdus cu combustibilul, 1Q :

kWQBQ ii ,1 , (4.69)

unde B (kg/s) este debitul de combustibil iar iiQ este puterea calorific

inferioar a motorinei, kJ/kg ( iiQ = 41023 kJ/kg).

2. Cldura primit de agentul de lucru de la gazele de ardere pentru

nclzire, vaporizare i supranclzire, 2Q :

kWiiDQ ,7312 , (4.70)


unde 1D (kg/s) este debitul de abur, 3i este entalpia aburului la ieire din

cazan, kJ/kg iar 7i este entalpia apei de alimentare, kJ/kg.

3. Randamentul cazanului (generatorului de abur) calculat pe cale

direct, GA :

,100100 731

1

2

i

i

GAQB

iiD

Q

Q % (4.71)

4. Cldura cedat de abur n desupranclzitor, DSQ :

kWiiDiiDDQDS ,'54'54'1 (4.72) unde 'D este debitul de abur care a condensat n desupranclzitor i care este

evacuat la temperatura '5t ; '

5i - entalpia condensatului (se calculeaz la '

5t i

4p ).

5. Puterea teoretic dezvoltat de abur n turbin, tP :

kWiiDDP ,65'11 (4.73) 6. Puterea efectiv (puterea intern) dezvoltat de abur n turbin, iP :

kWiiDDPi ,*65'1 (4.74) 7. Puterea mecanic (lucru mecanic la axul turbinei), mP :

kWnbF

Pm ,30102

(4.75)

unde F este masa care contrabalanseaz fora de torsiune, kg; b - braul forei, m; n - rotaia dinamului, rot/min.

8. Randamentul mecanic al turbinei, m :

100i

m

mP

P , % (4.76)

9. Randamentul intern al turbinei, m :

1001

P

Pmm , % (4.77)

10. Randamentul termic al ciclului, t :

1002

Q

Pmt , % (4.78)

Dup stabilizarea parametrilor se citesc presiunile, temperaturile i debitele de pe panoul de achiziii i valorile se centralizeaz n tabelul 4.7.


Pct.

Presiunea

(bar)

Temperatura

(C)

Entalpia

(kJ/kg)

Entropia

(kJ/kgK)

Debitul

(kg/s)

1 10 81,41 341,64 1,0912 0,01389

2 10 179,78 2777,1 6,585 0,01389 3 10 200 2828,26 6,6955 0,01389 4 5 185 2823,4 6,991 0,01389 5 5 170 2790,18 6,917 0,01269

5 5 180 2812,43 6,967 0,0012

6 0,5 81,35 2432,3 6,991 0,01269 7 0,5 81,35 340,58 1,0912 0,01269 8 - 25 - - 1,389

9 - 29,9 - - 1,389

10 - 28 - - 0,278

11 - 28,4 - - 0,278

Tabelul se completeaz pornind cu valorile de presiune, temperatur i debit din punctul 3. Se citesc din tabele sau programe entalpia (i) i entropia (s). Punctul 4, dup laminare n VR, este intrarea n desupranclzitor. Aici aburul se rcete i ajunge la temperatura de 170C. De asemenea o parte din

abur ( 'D 4,32 kg/h) condenseaz i este eliminat din circuit. Punctul 5 este punctul de intrare n turbin. Se citesc entalpia i entropia i se calculeaz

debitul ca diferen dintre 1D i 'D . Punctul 6 este punctul teoretic de ieire

din turbin. La presiunea de condensare de 0,5 bar i la entropia din 5 (s = 6,991 kJ/kgK), din diagrama i-s (sau din programe de calcul) se citesc

temperatura (81,35C) i entalpia (2432,4 kJ/kg). n acest punct titlul aburului

este, 905,0x . Datorit pierderilor existente n turbin i pentru a nu pune

n pericol treptele turbinei punctul real de ieire a din turbin se deplaseaz la

dreapta pe diagrama i-s. Constructorul recomand titlul aburului 95,0x . n

aceste condiii, la intersecia presiunii de condensare de 0,5 bar (se admite proces izobar) cu titlul aburului de 0,95 rezult din diagrama i-s entalpia

2530*6 i kJ/kg. Punctul 7 este ieirea aburului din condensator. Din tabelele

de ap/abur la temperatura de saturaie de 81,35 C se citesc pentru punctul 7 entalpia (340,58 kJ/kg) i entropia (1,0912 kJ/kgK). Punctul 1 este intrarea n cazan. La presiunea de 10 bar i entropia de 1,0912 kJ/kgK se citesc, prin interpolare, pentru punctul 1 (Leca, Prisecaru, Proprieti termofizice i termodinamice - solide, lichide, gaze) temperatura (81,41) i entalpia (341,64 kJ/kg). Punctul 2 este punctul de saturaie la presiunea de 10 bar (temperatura


de saturaie este 179,78 C). n punctul 2 se nchide circuitul. Completarea tabelului se face consultnd i lucrarea Capitolul 1, problema 1.1. Punctele 8,9,10,11 sunt pentru msurarea temperaturii apei de rcire a condensatorului i supranclzitorului. Se mai pot msura urmtoarele mrimi:

Debitul de ap de rcire din condensator, rD ;

Temperatura gazelor de ardere la evacuare, evt ;

Debitul de combustibil (de motorin), hkgB /8,4 ;

.min/2200;3253,0;3 rotnmbkgF

Pe baza datelor de mai sus se efectueaz calculele.

kWQ 7,54410233600/8,41 ;

kWQ 55,3458,34026,282801389,02 ;

16,631007,54

55,34GA %;

;435,0

43,28124,28230012,018,27904,282301269,0

kW

QDS

;54,43,243216,279001269,01 kWP ;30,3253016,279001269,0 kWPi

;2,230102

22003253,03kWPm

67,661003,3

2,2m %;

45,4810054,4

2,2m %;

36,610055,34

2,2t %.

lucrari de laborator

Documents