osnovne smjernice toka proračuna generatora pare
TRANSCRIPT
TOPLINSKI PRORAČUN GENERATORA PARE -OSNOVNE SMJERNICE-
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 1
TOPLINSKI PRORAČUN
GENERATORA PARE
- Osnovne smjernice -
TEHNIČKI FAKULTET U RIJECI Zavod za termodinamiku i energetiku
Katedra za procesno i energetsko strojarstvo
TOPLINSKI PRORAČUN GENERATORA PARE -OSNOVNE SMJERNICE-
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 2
OSNOVNE SMJERNICE ZA PRORAČUN GENERATORA PARE
GLAVNE KARAKTERISTIKE (POGONSKI PARAMETRI) Da bi se moglo pristupiti projektiranju generatora pare trebaju biti poznati, odnosno zadani sljedeći pogonski parametri: Proizvodnja pare (kapacitet) - obično je definiran normalni i maksimalni kapacitet. Normalni kapacitet se odnosi na optimalno pogonsko stanje gdje je stupanj iskorištenja generatora pare maksimalan, a on najčešće iznosi 80% od maksimalnoga trajnog kapaciteta. Tlak pare - može biti definiran kao : Dopušteni (maksimalni) tlak koji se odnosi na najveći tlak pri kojem je dozvoljeno da generator pare radi. Kod prekoračenja toga tlaka djeluju sigurnosni ventili. Na temelju njega vrši se proračun čvrstoće tlačnih dijelova generatora pare. Radni tlak (u bubnju) koji je najčešće za 5% manji od dopuštenoga tlaka. Pri tom tlaku generator pare normalno radi. Izlazni tlak je tlak na izlazu iz generatora pare (pregrijača pare) koji je, u odnosu na radni tlak u bubnju, manji za veličinu pada tlaka zbog otpora strujanja kroz pregrijač i spojne cijevi. On je za oko 5% do 10% manji od normalnoga radnog tlaka u bubnju, što ovisi o gubicima strujanja kroz cijevni snop pregrijača pare. Temperatura pregrijane pare - odnosi se na temperaturu koju para ima na izlazu iz pregrijača. Temperatura napojne vode - je temperatura napojne vode na ulazu u generator pare, odnosno u zagrijač vode (ekonomajzer). Vrsta goriva - za pogon generatora pare koriste se sljedeće vrste goriva: - ugljen (kameni, mrki, lignit, treset) - loživo ulje (srednje, teško) - loživi plin (zemni plin, rafinerijski plin, koksni plin) - biomasa, komunalni otpad Vrstom goriva, odnosno načinom loženja definiran je osnovni oblik, konstrukcija i izvedba generatora pare. Za toplinski proračun generatora pare moraju biti poznati što točniji podaci o elementarnom sastavu i ogrjevnoj vrijednosti goriva.
TEHNIČKI FAKULTET U RIJECI Zavod za termodinamiku i energetiku
Katedra za procesno i energetsko strojarstvo
TOPLINSKI PRORAČUN GENERATORA PARE -OSNOVNE SMJERNICE-
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 3
1. IZGARANJE
1.1. Donja ogrjevna vrijednost goriva a) Kruta goriva: elementarnom analizom goriva treba biti poznato sljedeće: - sadržaj ugljika, mC(%) - sadržaj vodika, mH(%) - sadržaj kisika, mO(%) - sadržaj dušika, mN(%) - sadržaj sumpora, mS(%) - sadržaj pepela, mA(%) - sadržaj vlage, mW(%) Za ugljene se može koristiti sljedeća formula kod izračunavanja donje ogrjevne vrijednosti goriva:
G
W(%)S(%)
O(%)
H(%)C(%)d kgkJ
m25m105)8
m(m1200m340H
b) Tekuća goriva:
G
(%)(%)
(%)
(%)(%) kgkJ
25105)8
(1200340WS
O
HCdmm
mmmH
c) Plinovita goriva:
3
N
(%)(%)
(%)(%)(%)(%)
(%)(%)(%)(%)(%)
mkJ
14031140
88260014601216
936643358126108
6684
6342125104
836242
HCHC
HCHCHCHC
HCHCCHCOHdH
gdje su:
(%)H2 , , ,...itd. - volumni udjeli pojedinih sudionika u smjesi (%)CO (%)CH4
plinovita goriva [%];
TEHNIČKI FAKULTET U RIJECI Zavod za termodinamiku i energetiku
Katedra za procesno i energetsko strojarstvo
TOPLINSKI PRORAČUN GENERATORA PARE -OSNOVNE SMJERNICE-
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 4
1.2. Teoretska količina kisika i zraka ua izgaranje Za kruta i tekuća goriva:
G
3
N
(%)
(%)
(%)(%)min kgm
7.08
6.587.1100
1S
O
HCOm
mmmV
gdje su:
(%)Cm , , ,...itd. - maseni udjeli pojedinih elemenata u gorivu u [%]; (%)Hm (%)Om
G
3
Nmin,
min, kgm
21.0
O
Z
VV
1.3. Stvarna količina zraka za izgaranje
G
3
N
min, kgm
ZZ
VV
gdje je: - koeficijent viška (pretička) zraka koji ovisi o vrsti goriva, načina izgaranja te
konstrukciji (obliku) ložišta.
KOEFICIJENT VIŠKA ZRAKAVRSTA GORIVA
SISTEM IZGARANJA krupniji sortiman
sitniji sortiman
sloj - ručno loženje 1,6 - 1,8 1,5 - 1,7 rešetka - bez rel. kretanja 1,35 - 1,4 1,3 - 1,35 rešetka - s rel. kretanjem 1,3 - 1,35 1,28 - 1,33 ugljena prašina (suhi režim) 1,28 - 1,3 1,25 - 1,27 ugljena prašina (tekući režim) 1,22 - 1,25 višekomorno ložište 1,18 - 1,22
KRUTO (ugljen)
ciklonsko ložište 1,1 - 1,15 1,05 - 1,1 sloj 1,3 - 1,5 KRUTO
(drv. otpaci) izgaranje u letu 1,3 - 1,35 TEKUĆE 1,03 - 1,1 PLINOVITO 1,02 - 1,08
TEHNIČKI FAKULTET U RIJECI Zavod za termodinamiku i energetiku
Katedra za procesno i energetsko strojarstvo
TOPLINSKI PRORAČUN GENERATORA PARE -OSNOVNE SMJERNICE-
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 5
Za plinovita goriva, stvarna količina zraka računa se prema izrazu:
G
3
N
(%)(%)(%)(%)(%) kgm
4
5,15,0211
222 OHCSHHCOZ nm
nmV
gdje su :
(%)CO , , ,... volumni udjeli u [%]; (%)H2 (%)SH2
1.4 Minimalna količina suhih dimnih plinova Za kruta i tekuća goriva:
G
3
N
min,N(%)(%)(%)min, kgm
79m0.8 7.087.1100
1ZSCspl
VmmV
gdje su: , , ,...itd. maseni udjeli pojedinih elemenata u gorivu
izraženi u [%]. (%)Cm (%)Hm (%)Om
Za plinovita goriva :
G
3
N
min,(%)(%)(%)(%)(%)min, kg
m 79
100
1222 ZNHCSHCOCOspl
VmVnm
gdje su : , , ,...itd.- volumni udjeli u [%]; (%)CO (%)H2
(%)SH2
1.5. Stvarna količina suhih dimnih plinova
G
3
N
3
N
G
3
N
min,min,, mm
kgm
)1(Zsplspl
VVV
TEHNIČKI FAKULTET U RIJECI Zavod za termodinamiku i energetiku
Katedra za procesno i energetsko strojarstvo
TOPLINSKI PRORAČUN GENERATORA PARE -OSNOVNE SMJERNICE-
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 6
1.6. Količina H2O u dimnim plinovima Za kruta i tekuća goriva:
G
3
N
(%)(%) kgm
9100
24,12 WHOH
mmV
gdje su:
(%)Hm i - maseni udjeli u gorivu [%]; (%)Wm Za plinovita goriva:
G
3
N
(%)(%)(%)(%) kgm
2100
1222 WHCSHHOH nm
nV
gdje su :
(%)H2 , - volumni udjeli u gorivu [%]; (%)SH2
1.7. Kiličina vlažnih dimnih plinova
mm
, kgm
3
N
3
N
G
3
N
, 2
G
OHsplplVVV
1.8. Količina dimnih plinova Za tekuća i kruta goriva: 1.8.1. Količina ugljična dioksida
G
3
N
(%)(%) kgm
0187,0100
87,12 CCCO
mmV
1.8.2. Količina vodene pare
G
3
N
(%)(%)(%)(%) kgm
)9(0124,0)9(100
24,12 WHWHOH
mmmmV
TEHNIČKI FAKULTET U RIJECI Zavod za termodinamiku i energetiku
Katedra za procesno i energetsko strojarstvo
TOPLINSKI PRORAČUN GENERATORA PARE -OSNOVNE SMJERNICE-
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 7
1.8.3. Količina sumporna dioksida
G
3
N
(%)(%) kgm
007,0100
7,02 SSSO
mmV
1.8.4. Količina dušika
G
3
N
min,(%)min,(%) kgm
79,0008,0 )798,0(100
12 ZNZNN
VmVmV
1.8.5. Količina kisika
G
3
N
min,min, kg
m)1( 0,21 )1(
10021
2 ZZOVVV
gdje su:
(%)Cm , , ,...itd.- maseni udjeli pojedinih elemenata u gorivu [%]; (%)Hm (%)Sm Za plinovita goriva: 1.8.6. Količina ugljična dioksida
G
HCCOCO nmmV
3
N
3
N
(%) mm
)(100
12
1.8.7. Količina vodene pare
G
HCSHHCO nm
nV
3
N
3
N
(%)(%) mm
)2
(100
1222
1.8.8. Količina sumporna dioksida
G
SHSOV
3
N
3
N
(%) mm
100
122
1.8.9. Količina dušika
G
NNV
3
N
3
N
minZ,(%) mm
)V79(100
122
1.8.10. Količina kisika
G
OV
3
N
3
N
minZ, mm
V)1(10021
2
gdje su:
(%)H2 , ,...itd. volumni udjeli sastojaka u gorivu [%]; (%)SH2
TEHNIČKI FAKULTET U RIJECI Zavod za termodinamiku i energetiku
Katedra za procesno i energetsko strojarstvo
TOPLINSKI PRORAČUN GENERATORA PARE -OSNOVNE SMJERNICE-
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 8
1.9. Sastav dimnih plinova izgaranja 1.9.1. Udio ugljična dioksida u vlažnim dimnim plinovima
pl
CO
CO
pl
CO
CO V
Vr
V
V2
2
2
2 ; % 100
(%)
1.9.2. Udio vodene pare u vlažnim dimnim plinovima
pl
OH
OH
pl
OH
OH V
Vr
V
V2
2
2
2 ; % 100
(%)
1.9.3. Udio sumporna dioksida u vlažnim dimnim plinovima
pl
SO
SO
pl
SO
SO V
Vr
V
V2
2
2
2 ; % 100
(%)
1.9.4. Udio dušika u vlažnim dimnim plinovima
pl
N
N
pl
N
N V
Vr
V
V2
2
2
2 ; % 100
(%)
1.9.5. Udio kisika u vlažnim dimnim plinovima
pl
O
O
pl
O
O V
Vr
V
V2
2
2
2 ; % 100
(%)
1 i % 100i
(%)
ii
ir
TEHNIČKI FAKULTET U RIJECI Zavod za termodinamiku i energetiku
Katedra za procesno i energetsko strojarstvo
TOPLINSKI PRORAČUN GENERATORA PARE -OSNOVNE SMJERNICE-
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 9
1.10. Dijagrami izgaranja
Na temelju izraza za količinu zraka, dimnih plinova i sastava dimnih plinova formira tablica koja služi za izradu dijagrama ovisnosti količine zraka i dimnih plinova od pretička zraka za izgaranje, kao što je prikazano u nastavku. l (tekuća goriva) 1,0 1,05 1,10 1,15 1,2 1,3 ........
VZ G3N kg/m
Vpl,s Vpl fCO2(%)
fH2O(%)
fSO2(%)
fN2(%)
fO2(%)
LV
Vpl
pl,s
[m /k
g ]
3 NG
[%]
CO (%)2
2H O (%)
N (%)2
O (%)2
2SO (%)
TEHNIČKI FAKULTET U RIJECI Zavod za termodinamiku i energetiku
Katedra za procesno i energetsko strojarstvo
TOPLINSKI PRORAČUN GENERATORA PARE -OSNOVNE SMJERNICE-
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 10
1.11. H-t dijagram dimnih plinova Izrada H-t dijagrama dimnih plinova bazira se na izrazu za određivanje entalpije dimnih plinova u ovisnosti od temperature i pretička zraka, odnosno:
iGN
iitpl kgkJ
mkJ
hVHt 3
G
3
N
)( kg
m
)(
G
)( kg
kJ
)(22)(22)(22)(22)(22 ttttt OONNOHOHSOSOCOCOtplhVhVhVhVhVH
Na temelju toga formira se tabela za pojedine vrijednosti pretička zraka (l) Na primjer: za l=1 itd. t [oC] 100 200 300 ... ... ... 2000 VCO2 x hCO2 VSO2 x hSO2 VH2O x hH2O VN2 x hN2 VO2 x hO2 Hpl(t)=Vi hi Na isti način formiraju se tabele za l=1, l=1,1, l=1,2... itd. Sada se može izraditi H-t dijagram dimnih plinova kao na donjoj slici.
G[k
J/kg
]
Hpl
t [°C]200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
TEHNIČKI FAKULTET U RIJECI Zavod za termodinamiku i energetiku
Katedra za procesno i energetsko strojarstvo
TOPLINSKI PRORAČUN GENERATORA PARE -OSNOVNE SMJERNICE-
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 11
2. TOPLINSKI GUBICI I ISKORISTIVOST GENERATORA PARE 2.1. Gubitak uslijed propadanja goriva kroz rešetku (g1) Javlja se samo kod ložišta za izgaranje u sloju, a uglavnom ovisi o:
- načinu izgaranja, - vrsti ložišne rešetke - osobinama goriva - kapacitetu generatora pare
Kreće se od 1,5 do 5 %. 2.2. Gubitak uslijed ne-izgorenoga goriva u pepelu i šljaci (g2) Javlja se uglavnom kod generatora pare s loženjem u sloju, a ovisi o:
- načinu izgaranja, - vrsti rešetke - kvaliteti goriva - kapacitetu generatora pare
Kreće se od 1,5 do 3,5 %. 2.3. Gubitak uslijed letećeg koksa (g3) Značajan je tamo gdje dolazi do ne-izgaranja sagorljive materije u letećim dijelovima. Veći je kod generatora pare s izgaranjem ugljene prašine, a ovisi o:
- načinu izgaranja, - kvaliteti goriva - kapacitetu generatora pare
Kreće se od 1 do 4 % (5%). 2.4. Stupanj iskorištenja količine goriva
% )ggg(100 321%g
2.5. Gubitak uslijed kemijske nepotpunosti izgaranja (g4) Nastaje uslijed pojave ugljična monoksida (CO) kod nepotpuna izgaranja. Može se pojaviti kod svih tipova ložišta. Kreće se od 0 do 1 % (iznimno 1,5%). 2.6. Gubitak uslijed pojave čađe (g5) Javlja se uglavnom kod generatora pare s nižim radnim tlakovima, jer su tada i temperature ogrjevnih površina niže, što pogoduje taloženju ugljika u obliku čađe. Kreće se od 0 do 1 % (2%).
TEHNIČKI FAKULTET U RIJECI Zavod za termodinamiku i energetiku
Katedra za procesno i energetsko strojarstvo
TOPLINSKI PRORAČUN GENERATORA PARE -OSNOVNE SMJERNICE-
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 12
2.7. Gubitak uslijed osjetne topline šljake (g6) Nastaje uslijed odvođenja osjetne topline sa šljakom iz ložišta. Kreće se od 0,2 do 2 % (2,5 %). 2.8. Gubitak uslijed zračenje u okolinu (g7) Nastaje uslijed odvođenja topline u okolinu putem zračenja. Uglavnom ovisi o kapacitetu generatora pare to o opterećenju. Određuje se na temelju iskustvenih dijagrama za pojedine tipove generatora pare. Dijeli se na gubitak zračenja ložišta, te gubitak zračenja ogrjevnih površina.
% )53
52
(77
777 ..
gdog
ggg
L
POL
2.9. Stupanj iskoristivosti ložišta
% )ggggggg(100L7654321%L
2.10. Gubitak osjetne topline izlaznih dimnih plinova
% )(
)(
0
0
8
0
0
% ttCVH
ttCVg
z
tz
tzzd
iz
t
tplpl
g
iz
gdje je: Vpl – volumen vlažnih dimnih plinova na izlazu iz generatora pare; tz - temperatura zraka na ulazu u generator pare [oC]; tiz – temperatura dimnih plinova na izlazu iz generatora pare [oC]; t0 – temperatura okoline [oC];
KCrCr
CrCrCrCrC
iziz
iziziziz
pl
iz
t
tOO
t
tNN
t
tSOSO
t
tOHOHi
t
tCOCO
t
tii
t
tpl
3
Nm
kJ
022022
02202202200
2.11. Ukupna iskoristivost generatora pare
% )(100%8%7%6%5%4%3%2%1.%.
ggggggggPG
TEHNIČKI FAKULTET U RIJECI Zavod za termodinamiku i energetiku
Katedra za procesno i energetsko strojarstvo
TOPLINSKI PRORAČUN GENERATORA PARE -OSNOVNE SMJERNICE-
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 13
3. POTROŠNJA GORIVA Za opći slučaj vrijedi:
s
kgH
hhDB
dPG
vp )(
..
D – kapacitet generatora pare [kg/s] hp – entalpija izlazne pregrijane pare [kJ/kg] hv – entalpija ulazne vode u generator pare [kJ/kg]
G.P. – stupanj iskorištenja generator pare [kJ/kg] Hd – donja ogrjevna vrijednost goriva [kJ/kg] Za slučaj pred-grijavanja zraka vanjskim izvorom topline (npr. niskotlačnom parom koja ne dolazi direktno iz generatora pare), vrijedi:
s
kg
ttCVH
hhDB
Z
t
tzrZdPG
vp
Z
o
)(
)(
0..
VZ – količina zraka za izgaranje [mN
3/kgG] Z
o
ttzrC – srednja specifična toplina zraka [kJ/kgK]
tZ – temperatura zraka [0C] na koju se zrak zagrijava vanjskim izvorom topline prije ulaza u generator pare t0 – temperatura okoline [0C]
TEHNIČKI FAKULTET U RIJECI Zavod za termodinamiku i energetiku
Katedra za procesno i energetsko strojarstvo
TOPLINSKI PRORAČUN GENERATORA PARE -OSNOVNE SMJERNICE-
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 14
4. TOPLINSKA BILANCA GENERATORA PARE
T
s
1
2'
2
3'
34
ts
qppispqzvq
s
h
q zvis
pq
pp
q
22'
1
3'
3
4
4.1. Toplina koja se predaje u zagrijaču vode
Ako generator pare ima zagrijač vode (ekonomajzer), tada se voda u njemu zagrijava na temperaturu koja je najčešće 20-60 0C manja od temperature zasićenja (tS). Za to je potrebna toplina:
kWhDhhDQzv
)h-()(nv'21'2
gdje je: h2' – enatalpija vode na ulazu u bubanj, odnosno na izlazu iz zagrijača vode, [kJ/kg]; hnv =h1 – entalpija napojne vode na ulazu u zagrijač vode, [kJ/kg]; Količina topline koja se oduzima dimnim plinovima u zagrijaču vode je:
kWhQ
Q nv
zr
zv
plzv
)D(h
zr
2'
)(
Toplina, koju predaju dimni plinovi u zagrijaču vode, svedena na jedinicu količine goriva, jednaka je:
Gzr
nv
zr
zvplzv
plzv kgkJ
B
h
B
Q
B
)D(h2')(
)(
gdje je: B – potrošnja goriva, [kg/s]; zr – stupanj gubitka zračenja u okolinu;
1001 %7
gzr
TEHNIČKI FAKULTET U RIJECI Zavod za termodinamiku i energetiku
Katedra za procesno i energetsko strojarstvo
TOPLINSKI PRORAČUN GENERATORA PARE -OSNOVNE SMJERNICE-
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 15
4.2. Toplina koja se predaje u isparivaču
kW )('2'3
hhDQisp
gdje je: h3' – entalpija pare na izlazu iz bubnja (isparivača), [kJ/kg]; Zbog vlažnosti pare na izlazu iz bubnja (2 do 4 %), slijedi da je: h3' = h2 + x r = h' + x r x – udio suho-zasićene pare: 0,96...0,98; r – latentna toplina isparivanja kod radnoga tlaka, [kJ/kg]; Količina topline, koja se oduzima dimnim plinovima u isparivaču, jednaka je:
G
'23')(
)(
zr
'23'
)(
kg
kJ
)h(
kW )D(h
B
hD
B
Q
B
hQQ
zrzr
ispplisp
plisp
zr
isp
plisp
4.3. Toplina koja se predaje u pregrijaču pare
kW )('34
hhDQpp
gdje je: h4 – entalpija izlazne pregrijane pare, [kJ/kg]; Određuje se kod tlaka na izlazu iz pregrijača, pa treba uzeti u obzir odgovarajući
pad tlaka zbog otpora strujanja kroz cijevni snop pregrijača pare. Količina topline, koja se oduzima dimnim plinovima u pregrijaču pare, jednaka je:
G
'34)(
)(
zr
'34
)(
kg
kJ
)h(
kW )D(h
B
hD
B
Q
B
hQQ
zrzr
ppplpp
plpp
zr
pp
plpp
4.4 . Toplina koja se predaje u zagrijaču zraka
kW )(C,
t
tzr z zLz
L
ZZZttVBQ
t z,L – temperatura zraka na izlazu iz zagrijača zraka, odnosno na ulazu u ložište; t z – temperatura zraka na ulazu u zagrijač zraka;
TEHNIČKI FAKULTET U RIJECI Zavod za termodinamiku i energetiku
Katedra za procesno i energetsko strojarstvo
TOPLINSKI PRORAČUN GENERATORA PARE -OSNOVNE SMJERNICE-
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 16
Ako nema pred-grijavanja zraka s vanjskim izvorom topline (izvan generatora pare), tada je t z = t 0. Količina topline, koja se oduzima dimnim plinovima u zagrijaču zraka, jednaka je:
kW )(
zr
zz
plzz
G
)( kgkJ
B
zr
zz
plzz
5. PRORAČUN OGRJEVNIH POVRŠINA GENERATORA PARE 5.1. Ložište 5.1.1. Teoretska temperatura izgaranja
C t o
Lz,
,
t
Lz
t
tplpl
dL
tCV
Ht
gdje je:
L – stupanj iskorištenja ložišta; tz,L – temperatura zraka na ulazu u ložište, [oC];
Ktt
tCtCC
Lzt
Lz
tL
plt
t
plt
tLpl
t
t
3
n,
,00
mkJ
Da bi se odredila srednja specifična toplina tt
tLplC treba najprije pretpostaviti tt,
izračunati tt
tLplC , a nakon toga izračunati tt. Ako su odstupanja između
pretpostavljene temperature tt i izračunate temperature veća, iteracijski postupak proračuna treba ponoviti dok se ne postigne zadovoljavajuća točnost
proračuna . )C10( oNa temelju izračunate temperature tt , iz H-t dijagrama se može očitati sadržaj topline (entalpija) dimnih plinova po jedinici količine goriva kod te temperature, odnosno Hpl(tt) [kJ/kgG]. 5.1.2. Stvarna temperatura u ložištu Ovisno o tipu ložišta (stupanj ekraniziranosti) i vrste goriva može se pretpostaviti količina topline koja se predaje zračenjem u ložištu, pa se nakon toga proračunava stvarna temperatura u ložištu tstv.
C t o
Lz,
,
stv
Lz
t
tplpl
zrdL
stvCVB
QHBt
TEHNIČKI FAKULTET U RIJECI Zavod za termodinamiku i energetiku
Katedra za procesno i energetsko strojarstvo
TOPLINSKI PRORAČUN GENERATORA PARE -OSNOVNE SMJERNICE-
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 17
gdje je: Qzr – količina topline koja se zračenjem predaje u ložištu, [kW];
Temperatura tstv, koja je potrebno za proračun srednje specifične topline stv
Lz
t
tplC
,,
može se odrediti iz H-t dijagrama, nanašajući od Hpl(tt) pad sadržaja topline dimnih plinova u ložištu, odnosno:
G
zr)pl(zr kg
kJ
B
Qq .
G[k
J/kg
]
Hpl
t tstvt
pl(t )Ht
stvHpl(t )
qzr
(pl)
Ako je poznata, ili je unaprijed usvojena stvarna temperatura dimnih plinova u ložištu t stv , tada se obrnutim putem, iz H-t dijagrama, određuje Hpl(tstv), odnosno qzr(pl). Količina topline, koja se zračenjem predaje u ložištu, jednaka je:
kWBqQplzrzr
)(
5.1.3. Efektivno ozračena površina ložišta
2
44
21
100100
mTT
C
QA
stjstv
zr
zr
gdje je: Qzr – količina topline koja se zračenjem predaje u ložištu, [W]
TEHNIČKI FAKULTET U RIJECI Zavod za termodinamiku i energetiku
Katedra za procesno i energetsko strojarstvo
TOPLINSKI PRORAČUN GENERATORA PARE -OSNOVNE SMJERNICE-
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 18
Koeficijent izmjene topline zračenjem u ložištu: - Za slučaj kada plamen ispunjava ložišni prostor, odnosno kada je površina plamena približno jednaka površini zidova ložišta (AzP~ AzL), što je slučaj kod loženja plinom, loživim uljem ili ugljenom prašinom:
42
21
21 mW
111
1K
CCC
C
C
- Za slučaj kada je površina plamena manja od površine zidova ložišta (AzP˂ AzL), što je slučaj kod loženja čvrstoga goriva na rešetci:
42
21
21 m
W
111
1
K
CCAA
C
C
CzL
zP
gdje je: C1 koeficijent zračenja plamena u ložištu:
Cf1 CC
Faktor emisije (stupanj crnoće) plamena εf može se odrediti prema sljedećoj tablici:
Vrsta goriva f lignit i mrki ugljen 0,8 kameni ugljen 0,8 loživo ulje 0,75..0,85 zemni plin 0,3..0,6 rafinerijski plin 0,3..0,6 koksni plin 0,2..0,3
42m
W 667,5
KC
C - koeficijent zračenja apsolutno crna tijela
95,045,0 zL
zP
AA
- kod izgaranja čvrsta goriva na rešetci
Koeficijent zračenja (apsorpcije) cijevnih zidova ekrana:
Cst2 CC
gdje se za faktor emisije (stupanj crnoće) cijevnih zidova ekrana može uzeti: 8,0st
TEHNIČKI FAKULTET U RIJECI Zavod za termodinamiku i energetiku
Katedra za procesno i energetsko strojarstvo
TOPLINSKI PRORAČUN GENERATORA PARE -OSNOVNE SMJERNICE-
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 19
Apsolutna stvarna temperatura u ložištu:
K 273tT stvstv
Apsolutna temperatura stijenki ekranskih cijevi u ložištu:
K 27350tT zasstj
5.1.4. Površina ekraniziranih zidova i efektivno ozračena površina ložišta Pod površinom ekraniziranih zidova ložišta Az podrazumijeva se ukupna površina zidova ložišta koji su pokriveni ekranskim cijevima, kojima se toplina predaje zračenjem plamena. Efektivno ozračena površina ložišta Azr predstavlja umnožak ekranizirane površine Az i faktora ekraniziranja ψ koji ovisi o rasporedu ekranskih cijevi u ložištu. Proizlazi da je:
Zzr
Z
AA
zltA
2m
gdje je: t – korak između cijevi; l – dužina cijevi na zidu ekrana; z - broj cijevi; - faktor ekraniziranja, koji se određuje iz dijagrama, u ovisnosti od razmještaja cijevi na ekraniziranim zidovima ložišta;
skin casing
membranski
=1
d
t
e
slobodni raspored <1
=1stropni ekran uviše redova
TEHNIČKI FAKULTET U RIJECI Zavod za termodinamiku i energetiku
Katedra za procesno i energetsko strojarstvo
TOPLINSKI PRORAČUN GENERATORA PARE -OSNOVNE SMJERNICE-
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 20
- Za membranske izvedbe ekrana: = 1. - Za površine ložišta, gdje ima više od dva reda cijevi: = 1. - Za zidove ložišta koji nisu ekranizirani ili su pokriveni vatrostalnom izolacijom: = 0. Za čitavo ložište, ukupna efektivno ozračena površina ložišta jednaka je:
.... )()()()()()(
)()()()()()(,
,
stropstropZpodpodZdesnidesniZ
lijevilijeviZstražnjistražnjiZprednjiprednjiZLzr
i iiZzrLzr
AAA
AAAA
AAAii
Zidove ložišta treba izvesti tako da suma efektivno ozračenih površina ložišta Azr,L bude jednaka proračunatoj efektivno ozračenoj površini Azr koja će moći preuzeti ukupnu toplinu zračenja plamena u ložištu Qzr. 5.1.6. Toplina koja se efektivno predaje zračenjem ekranskome dijelu isparivača u ložištu
kW ,)( Lzrzrispzr
gdje je: ɳzr,L – stupanj gubitka topline zračenjem u zoni ložišta; ɳzr,L= (2/5 do 3/5) ɳzr 5.2. Konvekcijski isparivač Konvekcijski isparivač se kod generatora pare najčešće sastoji iz dva dijela: 1. dio u području viših temperatura, odnosno na izlasku iz ložišta (ispred pregrijača pare), sastoji se iz nekoliko redova cijevi, te štiti pregrijač od direktna zračenja plamena iz ložišta; 2. dio je obično smješten iza pregrijača pare, te se sastoji iz više redova cijevi. Količina topline, koja se predaje konvekcijskome dijelu isparivača, proizlazi iz bilance topline, odnosno:
)(
)(
ispzrispK
Kispzrisp
QQQ
QQQ
12
21
KKK
KKK
QQQ
QQQ
Ako generator pare ima dva dijela konvekcijskoga isparivača, tada se prvi dio obično određuje konstruktivno, a računa se količina topline (Q K1) koju on preuzima na sebe, dok se bilanca topline, koja je potrebna za isparivanje (Q isp), pokriva s drugim dijelom konvekcijskoga isparivača. Ako generator pare ima samo jedan dio konvekcijskoga isparivača, tada se bilanca topline za isparivanje (Q isp) mora pokriti s toplinom koja se predaje u tom dijelu. U tom slučaju se taj dio isparivača ne određuje konstruktivno, već na bazi proračuna ogrjevne površine koja treba preuzeti količinu topline (Q K).
TEHNIČKI FAKULTET U RIJECI Zavod za termodinamiku i energetiku
Katedra za procesno i energetsko strojarstvo
TOPLINSKI PRORAČUN GENERATORA PARE -OSNOVNE SMJERNICE-
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 21
5.2.1 Prvi dio konvekcijskoga isparivača Ovaj dio isparivača se obično konstruktivno određuje tako da temperatura dimnih plinova iza njega, odnosno ispred pregrijača pare, padne na cca. 900...1000 OC. Na temelju tako određene površine, odnosno broja redova cijevi, određuje se količina topline koja se predaje u tom dijelu, odnosno:
kW log11,1
tAkQKKstvK
5.2.1.1 Koeficijent prijelaza topline konvekcijom a) za slučaj uzdužna strujanja preko snopa cijevi ili pri strujanju dimnih plinova kroz
cijevi:
Kd
tf
h
pl
LK 225,0
0,75
0
2
pl
1 m
W
W
1000088,0
100
t0,34,1998,0
b) za slučaj poprečna strujanja preko snopa cijevi te šahovskoga ili paralelnoga
rasporeda cijevi:
KdfTfx
aplNK 239,0
0,61
041 m
W
W72,198,0
gdje je: t pl – srednja temperatura dimnih plinova u promatranom cijevnom snopu, [OC] ; T pl – srednja aps. temperatura dimnih plinova u promatranom cijevnom snopu, [K];
2732
273 ,,
izplulpl
plpl
tttT
w 0 – brzina dimnih plinova svedena na normalno stanje ( 0OC i 1,013 bar );
gdje je:
s
m
A
VBw
p
tww
pr
pl
pl
s
m
10013,1
273
273
0
50
p – tlak dimnih plinova u promatranom dimnom kanalu, [Pa]; tpl- srednja temperatura dimnih plinova u promatranim cijevnom snopu, [OC]; w – brzina dimnih plinova u promatranim cijevnom snopu, [m/s]; A pr – slobodni presjek strujanja dimnih plinova, odnosno presjek kanala umanjen za presjek cijevi, [m2];
TEHNIČKI FAKULTET U RIJECI Zavod za termodinamiku i energetiku
Katedra za procesno i energetsko strojarstvo
TOPLINSKI PRORAČUN GENERATORA PARE -OSNOVNE SMJERNICE-
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 22
d h – hidraulički (ekvivalentni) promjer kanala, odnosno cijevnoga snopa, [m];
m O
A4dh
f L – korekcijski faktor dužine kanala (L)
hd
L 1 10 100
Lf 1,28 1,13 1
d – vanjski promjer cijevi, [m]; f a – koeficijent rasporeda cijev: (za paralelni raspored cijevi) 1,1fa (za šahovski raspored cijevi) 20,1...15,1fa f N – korekcijski faktor broja redova cijevi:
broj redova cijevi
10 8 6 4 2 1
Nf 1 0,98 0,95 0,88 0,79 0,7
x – korekcijski faktor kuta strujanja preko snopa cijevi:
kut strujanja 90 80 70 60 50 40 30 20
x 1 0,98 0,96 0,93 0,87 0,77 0,68 0,58 5.2.1.2. Koeficijent prijelaza topline zračenjem ugljična dioksida
Km
W
t
qT
Tq
t
q
2log
)t(CO
65,0
stj
pl)t(COst
1K,zr
log
CO1K,zr
stj2pl2
2CO
2
2CO
TEHNIČKI FAKULTET U RIJECI Zavod za termodinamiku i energetiku
Katedra za procesno i energetsko strojarstvo
TOPLINSKI PRORAČUN GENERATORA PARE -OSNOVNE SMJERNICE-
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 23
9;
ja logaritamska razlika temperature
gdje je: st – stupanj crnoće stjenke cijevi; za cijevne površine isparivača st = 0,75..0, T pl – apsolutna srednja temperatura plinova u promatranom cijevnom snopu, [K]; T stj – apsolutna temperatura stjenke cijevi u promatranom cijevnom snopu, [K];
)t(CO pl2q - specifično zračenje CO2 kod temperature t pl u promatranom dijelu;
Određuje se iz dijagrama u ovisnosti od umnoška parcijalna tlaka i debljine sloja dimnoga plina (pCO2.s);
)t(CO stj2q - specifično zračenje CO2 kod temperature t stj u promatranom dijelu;
Određuje se iz dijagrama u ovisnosti od (pCO2.s); t log – sredn
para
plin
t iz
ult
A
2
1
t zas
t [°C]
zasiz
zasul
izullog
2
1
21log
tt
ttln
ttt
lnt
5.2.1.3 Koeficijent prijelaza topline zračenjem vodene pare
Kt
t
q
stjpl
OH
OH
tOHtOHst
Kzr
OH
Kzr
2
log
)()(
1,
log
1,
mW
22
2
2
2
TEHNIČKI FAKULTET U RIJECI Zavod za termodinamiku i energetiku
Katedra za procesno i energetsko strojarstvo
TOPLINSKI PRORAČUN GENERATORA PARE -OSNOVNE SMJERNICE-
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 24
gdje je:
)t(OH pl2q - specifično zračenje vodene pare kod temperature t pl u promatranom
dijelu; Određuje se iz dijagrama u ovisnosti od (pH2O.s);
)t(OH stj2q - specifično zračenje vodene pare kod temperature t stj u promatranom
dijelu; Određuje se iz dijagrama u ovisnosti od (pH2O.s); Kod proizvoljna oblika sloja plina koji zrači, debljina sloja određuje se prema:
m A
V49,0s
gdje je: V - volumen prostora, [m3]; A - površina koja ozračena plinovima, [m2]; Za cijevni snop, efektivna debljina sloja koji zrači može se odrediti prema sljedećim izrazima:
- za 7d
tt 21
važi :
d)1,4d
tt87,1(s 21
[m]
- za 13d
tt7 21
važi :
d)6,10d
tt82,2(s 21
[m]
gdje je: t1 – poprečni korak između cijevi; t2 – uzdužni korak između cijevi; d – promjer cijevi; 5.2.1.4 Ukupni koeficijent prijenosa topline u isparivaču
)(22
1, OHCO zrzrKKstvkk
gdje je: - faktor zaprljanja ogrjevne površine uslijed naslage čađe, pepela, troske i sl.;
= 0,85….0,90. Napomena: Kod proračuna koeficijenta prijenosa topline u isparivaču (kK) zanemaruje se utjecaj koeficijenta prijelaza topline s cijevi na vrelu vodu (α2).
TEHNIČKI FAKULTET U RIJECI Zavod za termodinamiku i energetiku
Katedra za procesno i energetsko strojarstvo
TOPLINSKI PRORAČUN GENERATORA PARE -OSNOVNE SMJERNICE-
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 25
5.2.2. Toplina koju se predaje vodi u 1. dijelu konvekcijskoga isparivača
log1,tAkQ
KKstvK [W]
gdje je:
KA - izložena površina konvekcijskoga isparivača, [m2];
ldnAK [m2]
gdje je: n – broj cijevi; d – vanjski opoopromjer cijevi, [m]; l – dužina cijevi, [m]; 5.2.3. Toplina koju predaju plinovi u 1. dijelu konvekcijskoga isparivača
G
)(
)(1 kgkJ
B
zr
plK
plK
gdje je:
100
g1 (%)7
zr
5.2.4 .Temperatura plinova na izlazu iz 1. dijela konvekcijskoga isparivača
Unašanjem veličine , odnosno pada sadržaja topline dimnih plinova u H-t
dijagram, dobije se izlazna temperatura dimnih plinova iz 1. dijela konvekcijskoga isparivača, odnosno:
)(1 plKq
H
] [kJ/kg G
q zr(pl)
q
tttstvt1 t
kI(pl)
TEHNIČKI FAKULTET U RIJECI Zavod za termodinamiku i energetiku
Katedra za procesno i energetsko strojarstvo
TOPLINSKI PRORAČUN GENERATORA PARE -OSNOVNE SMJERNICE-
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 26
5.3. Pregrijač pare Pregrijač pare se obično sastoji iz dva dijela; primarni pregrijač i sekundarni pregrijač pare. Između ta dva dijela ugrađuje se uređaj za regulaciju temperature pregrijane pare, koji je najčešće izveden u obliku površinskog hladnjaka u bubnju ili uređaja za uštrcavanje vode (ili kondenzata) u struju pare, kako je prikazano u shemama:
Kod proračuna pregrijača pare potrebno je razlikovati karakteristiku pregrijača pare, odnosno da li je on konvekcijskoga ili ozračenoga tipa, što prvenstveno ovisi o smještaju te načinu prijelaza topline (zračenje ili konvekcija). a) Konvekcijski tip pregrijača pare Za pregrijač pare, koji je smješten u zoni gdje se predaja topline većim dijelom vrši konvekcijom, a manjim dijelom zračenjem, smatra se da ima konvekcijsku karakteristiku (kao na donjoj slici). Da bi takav pregrijač udovoljio zahtjevima koji se na njega postavljaju kod nižih opterećenja, potrebno ga je dimenzionirati za uvjete opterećenja kod kojih je prijelaz topline konvekcijom nepovoljniji, a to je kod nižih opterećenja jer su tada brzine strujanja dimnih plinova manje, pa je manji i prijelaz topline konvekcijom. Budući da je područje opterećenja, kod kojega treba postići temperaturu pregrijanja obično između 60% i 100%, proizlazi da bi u tom slučaju površinu pregrijača trebalo
TEHNIČKI FAKULTET U RIJECI Zavod za termodinamiku i energetiku
Katedra za procesno i energetsko strojarstvo
TOPLINSKI PRORAČUN GENERATORA PARE -OSNOVNE SMJERNICE-
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 27
dimenzionirati za uvjete koji su kod 60%-tna opterećenja, jer je to nepovoljnije sa stajališta prijelaza topline konvekcijom zbog manje brzine strujanja dimnih plinova. Pregrijač pare, dimenzioniran za takvo opterećenje, udovoljit će uvjetima prijenosa topline i kod većeg opterećenja, odnosno on će kod većega opterećenja primati na sebe više topline nego što je potrebno za postizanje tražene temperature pregrijane pare. Zbog toga se kod većih opterećenja (>60%) treba vršiti regulacija temperature pregrijane pare hlađenjem pomoću površinskoga hladnjaka u bubnju, uštrcavanjem hladnijeg fluida (voda, kondenzat, zasićena para) ili nekim drugim načinom. b) Ozračeni tip pregrijača pare Kod pregrijača pare s ozračenom karakteristikom, situacija se razlikuje od pregrijača s konvekcijskom karakteristikom jer je za proračun prijelaza topline kod takvoga pregrijača, za proračun i dimenzioniranje odlučujuće maksimalno, odnosno 100%-tno opterećenje za koje treba izvršiti dimenzioniranje pregrijača pare. Radi pojednostavljenja proračuna konvekcijskoga pregrijača pare, on se može proračunati na bazi uvjeta prijelaza topline kod 100%-tnoga opterećenja, s time da se u takvom slučaju njegova ogrjevna površina poveća za približno 5 do 15%, kako bi se postigla dovoljna izmjena topline i kod manjega opterećenja (60%). Zbog toga će pregrijač kod 100%-tnoga opterećenja preuzimati više topline nego je to potrebno,a temperatura pare regulirat će se na opisani način. Suprotan je slučaj kod ozračenih pregrijača, gdje za dimenzioniranje treba uzeti veće opterećenje (100%-tno), dok će kod nižih opterećenja djelovati regulacija temperature. 5.3.1. Koeficijent prijelaza topline s plinova na cijevi pregrijača pare
KPPOPPCOzrPPKPP 2,Hzr,,,,,1 mW
22
PPOPPCOzrPPK ,Hzr,,,, 22,, - proračunavaju se na isti način kao kod konvekcijskoga
isparivača, odnosno prema formulama navedenim u točkama 5.2.1.1, 5.2.1.2. i 5.2.1.3., uz uvjete koji vladaju u promatranom dijelu generatora pare.
TEHNIČKI FAKULTET U RIJECI Zavod za termodinamiku i energetiku
Katedra za procesno i energetsko strojarstvo
TOPLINSKI PRORAČUN GENERATORA PARE -OSNOVNE SMJERNICE-
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 28
5.3.2. Koeficijent prijelaza topline s cijevi na paru
KdPP 225,0
0,75
0
,2 mW
W
100t
0,34,42
gdje je: d – unutarnji promjer cijevi pregrijača, [m]; t – srednja temperatura pare u pregrijaču, [oC]; w0 – brzina pare kroz pregrijač, reducirana na normalno stanje, odnosno:
sm
10013,1
273
27350
pt
wwp
gdje je: w – brzina pare kroz pregrijač, [m/s]; tp – temperatura pare, [0C]; p – tlak pare, [Pa];ž 5.3.3. Koeficijent prolaza topline u pregrijaču pare
K
kPPPP
PPPP
PPstv 2
,2,1
,2,1
, mW
gdje je: - koeficijent zaprljanja ogrjevne površine: 0,85….0,95; 5.3.4. Srednja logaritamska razlika temperatura
Za istosmjerno strujanje:
izpizpl
ulpulpl
izpizplulpulpl
tt
tttttt
tIST
,,
,,
,,,,
log
ln
)()(.
Za protusmjerno strujanje:
ulpizpl
izpulpl
ulpizplizpulpl
tt
tttttt
tPROT
,,
,,
,,,,
log
ln
)()(.
TEHNIČKI FAKULTET U RIJECI Zavod za termodinamiku i energetiku
Katedra za procesno i energetsko strojarstvo
TOPLINSKI PRORAČUN GENERATORA PARE -OSNOVNE SMJERNICE-
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 29
Za poprečno strujanje:
2.log.log
log .
PROTISTtt
tPOPR
5.3.5. Ogrjevna površina pregrijača pare
2
log,
m tk
QfA
PPstv
PPPP
PP
gdje je : fPP – koeficijent utjecaja konvekcije na prijelaz topline kod različitih opterećenja generatora pare; - za konvekcijske pregrijače : fPP = 1,05…1,15 - za ozračene pregrijače : fPP = 1,0 5.3.6 . Broj cijevi pregrijača pare
dl
Az
m dlzA
PPPP
2PP
gdje je: l – dužina cijevi [m]; d – vanjski promjer cijevi [m]; 5.3.7 Izlazna temperatura plinova iz pregrijača pare Toplina koju predaju dimni plinovi u pregrijaču pare je:
kW Q
fQzr
PPPP)pl(PP
Pad entalpije dimnih plinova kroz pregrijač pare je:
Gzr
PPPP
)pl(PP)pl(PP kg
kJ
B
Qf
B
Unašanjem pada entalpije dimnih plinova qPP(pl) u H-t dijagram određuje se izlazna temperatura plinova iz pregrijača pare, kao na donjoj slici:
TEHNIČKI FAKULTET U RIJECI Zavod za termodinamiku i energetiku
Katedra za procesno i energetsko strojarstvo
TOPLINSKI PRORAČUN GENERATORA PARE -OSNOVNE SMJERNICE-
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 30
5.3.8. Toplina koju kod 100%-tna opterećenja treba predati u hladnjaku regulatora
temperature pregrijane pare
kW )1(, PPPPPPOH QfQ
Za tu količinu topline treba proračunati i dimenzionirati hladnjak pare koji je smješten u bubnju, ili hladnjak s uštrcavanjem, već prema toma koji je sustav primijenjen za regulaciju temperature pregrijane pare.
H [kJ/kg ] G
qzr(pl)
qkI(pl)
qpp(pl)
t2 tstv tt t t1
TEHNIČKI FAKULTET U RIJECI Zavod za termodinamiku i energetiku
Katedra za procesno i energetsko strojarstvo
TOPLINSKI PRORAČUN GENERATORA PARE -OSNOVNE SMJERNICE-
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 31
5.4. Drugi dio konvekcijskoga isparivača 5.4.1. Toplina koju treba preuzeti drugi dio konvekcijskoga isparivača Iz toplinske bilance generatora pare:
PPppISPzrISPK QfQQQ )1()(
odnosno:
KIKKII QQQ
5.4.2. Površina drugog dijela konvekcijskoga isparivača
log,tk
QA
KIIstv
kII
kII [m2]
gdje je: kstv,KII - koeficijent prijenosa topline od dimnih plinova na vodu u drugom dijelu konvekcijskoga isparivača; Proračunava se na isti način kako je objašnjeno kod prvog dijela konvencijskoga isparivača. tlog – srednja logaritamska razlika temperatura u drugom dijelu konvekcijskoga isparivača; 5.4.3 Toplina koju predaju dimni plinovi i drugom dijelu konvektivnoga isparivača
zr
kIIplkII
)(
gdje je:
1001 (%)7h
zr
5.4.4 Pad sadržaja topline (entalpije) dimnih plinova u drugom dijelu konvekciskoga isparivača
B
Qq plkII
plkII
)(
)(
5.4.5 Temperatura dimnih plinova na izlazu iz drugog dijela konvekcijskoga isparivača Unašanjem veličine qkII(pl), odnosno pada sadržaja topline u H-t dijagram, određuje se izlazna temperatura dimnih plinova iz drugog dijela konvekcijskoga isparivača, odnosno t3.
TEHNIČKI FAKULTET U RIJECI Zavod za termodinamiku i energetiku
Katedra za procesno i energetsko strojarstvo
TOPLINSKI PRORAČUN GENERATORA PARE -OSNOVNE SMJERNICE-
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 32
H [kJ/kg ] G
qzr(pl)
5.5. Zagrijač vode Zagrijač vode (ekonomajzer) proračunava se obzirom na toplinu (Qzv) koju voda treba preuzeti u tom dijelu generatora pare. 5.5.1 Koeficijent prijelaza topline s dimnih plinova na cijevi zagrijača vode
zrHzrzvCOzrzvkzv ,0,,,,,1 22
αk,zv, αzr,CO2,zv i αzr,H20,zv izračunavaju se na isti način kao kod konvekcijskoga isparivača, s tim da se pri proračunu uzimaju u obzir uvjeti koji vladaju u tom dijelu generatora pare. 5.5.2 Koeficijent prijelaza topline s cijevi na vodu
vzv tw 14,013373 85,0
,2 [W/(m2K)]
gdje je: w – brzina strujanja vode kroz cijevi zagrijača - kreće se 0,5 do 4,0 m/s; tv – srednja temperatura vode kroz zagrijač; 5.5.3 Koeficijent prolaza topline u zagrijaču vode
zvzv
zvzv
zvstvk,2,1
,2,1
,.
gdje je: ξ – koeficijent zaprljanja ogrjevne površine; 0,85 do 0,95.
tttstv t1t2t3 t
qkI(pl)
qpp(pl)
qkII(pl)
TEHNIČKI FAKULTET U RIJECI Zavod za termodinamiku i energetiku
Katedra za procesno i energetsko strojarstvo
TOPLINSKI PRORAČUN GENERATORA PARE -OSNOVNE SMJERNICE-
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 33
5.5.4. Srednja logaritamska razlika temperature Proračunava se na isti način kao u prethodnim objašnjenjima. 5.5.5. Ogrjevna površina zagrijača vode
log,tk
QA
zvstv
zvzv
5.5.6. Broj cijevi zagrijača vode
ld
Az zv
zv
gdje je: l – dužina cijevi; d – vanjski promjer cijevi; 5.5.7. Toplina koju predaju dimni plinovi u zoni zagrijača vode
zr
zvplzv
)(
gdje je:
1001 (%)7h
zr
5.5.8. Pad sadržaja topline (entalpije) dimnih plinova u zagrijaču vode
B
Qq plzv
plzv
)(
)(
5.5.9. Izlazna temperatura dimnih plinova iz zagrijača vode Određuje se unošenjem veličine qzv(pl) u H-t dijagram.
TEHNIČKI FAKULTET U RIJECI Zavod za termodinamiku i energetiku
Katedra za procesno i energetsko strojarstvo
TOPLINSKI PRORAČUN GENERATORA PARE -OSNOVNE SMJERNICE-
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 34
5.6. Zagrijač zraka Zagrijač zraka se proračunava obzirom na toplinu koju zrak treba preuzeti u tom dijelu generatora pare, odnosno obzirom na Qzz. 5.6.1. Količina topline koja se predaje zraku u zagrijaču zraka
kW )(C,
t
tzr z zLz
L
ZZZttVBQ
gdje je: tzL – temperatura zraka na izlazu iz zagrijača zraka (na ulazu u ložište); tz – temperatura zraka na ulazu u generator pare ( na ulazu u zagrijača zraka); tz=t0 (ako nema pred-grijavanja zraka prije ulaza u zagrijač zraka); 5.6.2. Koeficijent prijelaza topline s plinova na stjenke zagrijača zraka Proračunava se na isti način kao što je prikazano na primjeru konvekcijskoga isparivača.
tt tstvttt3 t
H
[kJ/kgG]
qkI(pl)
qzr(pl)
qkII(pl)
qkzv(pl)
t4
H
[kJ/kg ] G
q
tt tstvttt3
kI(pl)
q
qpp(pl)
kII(pl)
t
TEHNIČKI FAKULTET U RIJECI Zavod za termodinamiku i energetiku
Katedra za procesno i energetsko strojarstvo
TOPLINSKI PRORAČUN GENERATORA PARE -OSNOVNE SMJERNICE-
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 35
5.6.3. Koeficijent prijelaza topline sa stjenke zagrijača zraka na zrak - Za slučaj uzdužnoga strujanja zraka kroz cijevni snop ili za strujanje kroz cijevi:
25,0
75,0
0
2
,2 1000088,0
1003,019,493,0
h
zrzrLzr d
wttf
[W/(m2K)]
- Za slučaj poprečnoga strujanja zraka kroz cijevni snop:
39,0
61,0
04,2 72,193,0
d
wfTfx azrnzr [W/(m2K)]
Koeficijenti xα, fn, fa određuju se na isti način kao što je objašnjeno u prethodnome dijelu. 5.6.4. Koeficijent prolaza topline u zagrijaču zraka
zzzz
zzzz
stvk,2,1
,2,1
[W/(m2K)]
gdje je: ξ – koeficijent zaprljanja ogrjevne površine; 0,85 do 0,95; 5.6.5. Srednja logaritamska razlika temperature Proračunava se na isti način kao u prethodnim objašnjenjima. 5.6.6 Ogrjevna površina zagrijača zraka
log,tk
QA
zzstv
zzzz
5.6.7 Broj cijevi zagrijača zraka
ld
Az zz
zz
gdje je: l – dužina cijevi; d – srednji promjer cijevi; 5.6.8 Toplina koju predaju dimni plinovi u zoni zagrijača zraka
zr
zzplzz
)(
gdje je: 100
1 (%)7hzr
TEHNIČKI FAKULTET U RIJECI Zavod za termodinamiku i energetiku
Katedra za procesno i energetsko strojarstvo
TOPLINSKI PRORAČUN GENERATORA PARE -OSNOVNE SMJERNICE-
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ TEHNIČKI FAKULTET U RIJECI
Zavod za termodinamiku i energetiku Katedra za procesno i energetsko strojarstvo
36
5.6.9. Pad sadržaja topline (entalpije) dimnih plinova u zagrijaču vode
B
Qq plzz
plzz
)(
)(
5.6.10. Izlazna temperatura dimnih plinova iz zagrijača vode Određuje se unošenjem veličine qzv(pl) u H-t dijagram.
H
J/kgG]
qzr(pl) [k
q
tt tstv ttt3 t
kI(pl)
qpp(pl)
qkII(pl)
qzv(pl)
t4
qzz(pl)
t =t5 izl