Constructia cazanelor. Introducere.

Suport curs: http://franciscpopescu.weebly.com

ResurseEnergetice

Regenerabile

SOLAR EOLIANA HIDRO

BIOMASA

GEOTERMALAHIDROGEN / FUEL-CELLS

Puţin despre energia solara …Energia solara este energia obţinuta din radiaţia solara care ajunge la suprafaţapamantului.

Sistemele energetice solare pot fi clasificate in:

-sisteme energetice mici, utilizate la alimentarea cu energie (electrica si/saucalorica) a locuinţelor individuale, autovehicule, echipamente electronice

-sisteme energetice mari, utilizate la alimentarea cu energie (electrica si/saucalorica) a grupurilor de locuinţe sau unitati industriale

Pe măsura ce radiaţia solara trece prin atmosfera este absorbita, reflectata siimprastiata de moleculele de aer, vapori de apa, particule, poluanţi, etc. Aceasta senumeşte radiaţie difuza. Partea din radiatia solara care ajunge pe pamant fara sa fieabsorbita, reflectata si imprastiata se numeşte radiaţie directa. Suma celor doua senumeşte radiaţie globala. Condiţiile atmosferice pot reduce radiaţia globala cu pana la10% in zilele cu cer senin si uscat si cu pana la 100% in zilele noroase si cu umiditatemare.

Radiatia solara se exprima in kWh/m2 daca seutilizeaza la producerea de energie electrica si inBTU/ft2 (J/m2) daca se utilizeaza la producerea deenergie calorica

Puţin despre energia solara …Celule fotovoltaice

Celulele fotovoltaice convertesc radiatia solara in energie electrica. Se mai numesccelule solare.

Fenomenul a fost descoperit in 1839 de Edmond Becquerel, insa procesul a fost intelespe deplin abia dupa un secol. Practic, radiatia solara poate fi reflectata, absorbita saupur si simplu sa treaca prin materialul celulei, insa doar radiatia absorbita producecurent electric. Energia radiatie absorbite este transferata electronilor din atomiimaterialului celulei, un material semiconductor. Cu acest aport energetic electronii“scapa” din atom creand un camp electric (curect) intr-un circuit.

Practic, o celula fotovoltaica este formatadin doua materiale semiconductoarealaturate, unul cu abundenta de legaturilibere intre atomi (P-type) si celalalt cuabundenta de electroni (N-type).

Pentru realizarea contactelor se utilizeaza (cel mai frecvent) SnO2

In mod uzual, stratul de acoperireantireflexie se realizeaza din SiO. Otehnica moderna de acoperire este ceachimica, prin crearea de forme geometrice(piramide) pe suprafata celulei care aurolul de a capta radiatia (altfel reflectata) sia o trimite in metrialul semiconductor.

Puţin despre energia solara …

Celule fotovoltaice multijonctiunePuţin despre energia solara …

Puţin despre energia solara …Concentratoare solare:

-lineare

-parabolice

-turn

300 MW

Puţin despre hidrogen …Hidrogenul este un combustibil “curat” in utilizare deoarece, odata consumat, produselesecundare rezultate sunt apa si oxigenul.

Astzi, hydrogenul poate fi produs prin mai multe tehnici, cele mai utilizate/relevanteprocese fiind cele termice, electrolitice si fotolitice.

Procedeul termic, care poate avea trei variante:

Reformarea cu abur. Practic se utilizeaza energia termica pentru aproduce hidrogen prin separarea acestuia din hidrocarburi gen gaznatural, carbune, metanol …

Astazi ~ 95% din productia de hidrogen globala se bazeaza peproceul termic de reformare a aburului!

Gazeificarea materialului organic (carbune sau biomasa),gazul rezultat fiind utilizat apoi pentri producerea dehidrogen

Reformarea combustibililor lichizi bio-fuel. Estesimilar cu gazeificarea

Electroliza …

Electroliza este un procedeu care utilizeaza energia electrica pentru a separa oxigenul sihidrogenul din apa. Hidrogenul rezultat este pur si poate fi utilizat direct in alte aplicatii,spre exemplu producerea de hidrogen prin electroliza la un parc de eoliene … avand 0emisii de gaze cu efect de sera!

Se tinde spre producerea de hidrogen prin electroliza utilizand energie electrica produsaprin resurse regenerabile (vint) sau nucleare, pentru ca lantul tehnologic sa aiba 0 emisiide gaze cu efect de sera.In procesul de electroliză, ionii pozitivi sau cationii sunt dirijați înspre catod (pol negativ), iar ionii negativi sau anionii înspre anod (pol pozitiv) unde își pierd sarcina și se depun sau intră în reacție chimică. Specificăm că la anod există un proces de oxidare, în timp ce la catodunul de reducere

Puţin despre energia eoliana …Energia eoliană este o sursă de energie regenerabilă generată din puterea vântului.La sfârșitul anului 2006, capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de 73904MW, acestea producând ceva mai mult de 1% din necesarul mondial de energieelectrică.Deși încă o sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea țărilor, producțiaenergiei eoliene a crescut practic de cinci ori între 1999 și 2006, ajungându-se ca, înunele țări, ponderea energiei eoliene în consumul total de energie să fie semnificativ:Danemarca (23%), Spania (8%), Germania (6%).

Energia eoliană s-a dovedit deja a fi o soluție foarte bună la problema energeticăglobală. Utilizarea resurselor regenerabile se adresează nu numai producerii deenergie, dar prin modul particular de generare reformulează și modelul de dezvoltare,prin descentralizarea surselor. Energia eoliană în special este printre formele deenergie regenerabilă care se pretează aplicațiilor la scară redusă.

Centrale mareomotriceO centrală mareomotrică recuperează energia mareelor. În zonele cu maree, acestea sepetrec de două ori pe zi, producând ridicarea, respectiv scăderea nivelului apei. Existădouă moduri de exploatare a energiei mareelor:Centrale fără baraj, care utilizează numai energia cinetică a apei, similar cum morile devânt utilizează energia eoliană.Centrale cu baraj, care exploatează energia potențială a apei, obținută prin ridicareanivelului ca urmare a mareei.Deoarece mareea în Marea Neagră este de doar câțiva centimetri, România nu arepotențial pentru astfel de centrale.Centralele mareomotrice produc kwh la un preţ de cost de două ori mai mare decât cel obţinut în hidrocentrale.Astfel de centrale mareomotrice se afla în funcţiune în Franţa (în estuarul Rance, format de râul cu acelaşi numela vărsarea în Golful Saint Malo; capacitatea sa este de 240 MW şi a fost construită în perioada 1961-1966;proiectul "Chausey" prevede o construcţie asemănătoare în Golful Le Mont St.Michel), în Rusia (în estuarulKislaya, format de râurile Tuloma şi Kola Ia Marea Barenţ, de 400 MW; un alt proiect vizează ţărmurile Mării Albe);alte proiecte prevăd noi amenajări pe ţărmul S-E al Marii Britanii pe ţărmul Golfului Fundy, unde SUA şi Canadaintenţionează o construcţie de mari proporţii

Energia valurilor

In oprerare din 1966, prima si cea mai mare din lume, in Franta, pe un estuar

Energia ce poate fi captata prin exploatarea energiei potentiale rezultate din deplasarea pe verticala a masei de apa la diferite niveluri sau a energiei cinetice datorate curentilor de maree. Energia mareelor rezulta din fortele gravitationale ale Soarelui si Lunii, precum si ca urmare a rotatiei terestre

Puţin despre energia geotermala …Energia geotermică este o formă de energie obținută din căldura aflată în interiorulPamântului. Apa fierbinte și aburii, captați în zonele cu activitate vulcanică și tectonică,sunt utilizați pentru încălzirea locuințelor și pentru producerea electricității. Este oformă de energie regenerabilă.

Exista trei tipuri de centrale geotermale care sunt folosite laaceasta data pe glob pentru transformarea puterea apeigeotermala in electricitate: 'uscat'; 'flash' si 'binar', depinzanddupa starea fluidului: vapori sau lichid, sau dupatemperatura acestuia.Centralele 'Uscate' au fost primele tipuri de centraleconstruite, ele utilizeaza abur din izvorul geotermal.Centralele 'Flash' sunt cele mai raspandite centrale de azi.Ele folosesc apa la temperaturi de 360° F(182° C),injectand-o la presiuni inalte in echipamentul de lasuprafata.Centralele cu ciclu binar difera fata de primele doua, prinfaptul ca apa sau aburul din izvorul geotermal nu vine incontact cu turbina,respectiv generatorul electric. Apa folositaatinge temperaturi de pana la 400° F(200 °C).

Pompe de caldura

Biomasa este partea biodegradabilă a produselor, deșeurilor și reziduurilor dinagricultură, inclusiv substanțele vegetale și animale, silvicultură și industriile conexe,precum și partea biodegradabilă a deșeurilor industriale și urbane. (Definiție cuprinsă înHotărârea nr. 1844 din 2005 privind promovarea utilizării biocarburanților și a altorcarburanți regenerabili pentru transport).Biomasa reprezintă resursa regenerabilă cea mai abundentă de pe planetă. Aceastainclude absolut toată materia organică produsă prin procesele metabolice aleorganismelor vii. Biomasa este prima formă de energie utilizată de om, odată cudescoperirea focului.

Puţin despre energia biomasa …

Forme de valorificare energetică a biomasei (biocarburanți):- Arderea directă cu generare de energie termică.- Arderea prin piroliză, cu generare de singaz (CO + H2).- Fermentarea, cu generare de biogaz (CH4) sau bioetanol (CH3-CH2-OH)- în cazulfermentării produșilor zaharați; biogazul se poate arde direct, iar bioetanolul, în amesteccu benzina, poate fi utilizat în motoarele cu combustie internă.- Transformarea chimică a biomasei de tip ulei vegetal prin tratare cu un alcool șigenerare de esteri, de exemplu metil esteri (biodiesel) și glicerol. În etapa următoare,biodieselul purificat se poate arde în motoarele diesel.- Degradarea enzimatică a biomasei cu obținere de etanol sau biodiesel. Celuloza poatefi degradată enzimatic la monomerii săi, derivați glucidici, care pot fi ulterior fermentați laetanol.

BIOMASA.

Creşterea gradului de utilizare a resurselor regenerabile la 20 % pana în 2020hotărârea CE

Biomasa – este un produs compus parţial sau în totalitatedintr-o materie vegetală agricolă sau forestieră, ce poate fi utilizatdrept combustibil cu scopul recuperării conţinutului energetic.

Ponderea resurselor energetice primare pentru EU-27

România are un potenţial energetic de biomasă ridicat,evaluat la circa 7594 mii tep/an ceea ce reprezenta aproape 19 %din consumul total de resurse primare la nivelul anului 2000.

De ce co-incinerare cu carbune? Randament de ardere: 98-99 % pentru ASFC, 95-96 %pentru ASFS; Flexibilitate ridicată în raport cu schimbarea calităţiicombustibilului, ceea ce permite menţinerea stabilităţiiprocesului de ardere; Prepararea mai sumară a combustibilului. Pentrufocarele ASFC dimensiunea maximă a particulelor poateajunge la 15-20 mm, iar pentru focarele ASFS la circa 7 mm; Emisiile poluante mai reduse în comparaţie cu celelaltetehnici de ardere (în strat sau praf în suspensie), care arfolosi acelaşi tip de combustibil.

Reducerea emisiilor de SO2 la co-incinerarea cu carbune

a) b)

c) d)

Depuneri de cenuşă apărute la incinerare / co-incinerarea) 100 % cărbune, b) 100 % rumeguş, c) 100 % paie cu conţinut scăzut de clor,

d) amestec de cărbune cu paie de grâu cu conţinut ridicat de clor

Probleme / dezavantaje

Arderea combinată a biomasei cu cărbune

Instalaţii energetice din domeniul de 50-700 MWe, 2007

Co-incinerarea directă Co-incinerare indirectă

Co-incinerare paralelă

Concepte privind organizarea arderii la co-incinerarea biomasei cu carbune

Centrala Gelderland – OlandaPrima aplicaţie practică la nivel industrial pentru a

demonstra co-incinerarea directă a biomasei într-o instalaţie marede ardere, cu rezultate experimentale importante.

- 10 t/h deşeu lemnos co-incinerat.

- 60.000 tone de deşeuri din lemn/an.

- 45.000 tone de cărbune/an.

- 4.000 tone de cenuşă/an.

Puterea electrică generată din co-incinerarea lemnului, deaproximativ 20 MWe, a reprezentat un punct de referinţă pentruviitoarele proiecte privind co-incinerarea (la nivelul anului 1995).

Sursa: EU ENERGY POLICY DATA Brussels, 10.01.2007 SEC(2007) 12

Date referitoare la tehnologiile disponibile pentru producţia de energie electrică

Sursa: “The energy sector in Romania. Present and future”, A. Sandulescu, Director general – Departamentul Energiei, Ministerul Economiei, 2011

Sursa: “The energy sector in Romania. Present and future”, A. Sandulescu, Director general – Departamentul Energiei, Ministerul Economiei, 2011

Previziune instalatii noi.

Bubbling fluidized bed (BFB) combustion

Biocombustibili lichizi.

BIOETANOL din porumbInstalatiile de producere a etanolului din porumb pot fi clasificate in doua tipuri:

-Procesare umeda (wet milling) – de capacitate mare si produc pe langa etanolmai multe produse secundare valoroase, cum ar fi siropul de glucoza, dextroza,fructoza, etc;

-Procesare uscata (dry milling) – de capacitate mica si produc exclusiv etanol.

Instalatiile de producere a etanolului din porumb sunt mari consumatoare deenergie, atat termica cat si electrica, in mare pentru a obtine ~ 1 litri etanol seconsuma ~ 2.5 kWt (termic) si ~ 0.5 kWh (electric).

S-au efectuat numeroase studii privind eficientaenergetica a producerii de etanol din porumb, uneleprezentand un randament negativ, altele un randamentpozitiv …

Un studiu recent efectuat de Argonne NationalLaboratory sugereaza ca etanolul produce cu ~ 35%mai multa energie decat este necesar pentru alproduce.

Sunggyu Lee, cap.10 - Handbook of Alternative Fuel Technology, 2007, Taylor & Francis Group

Schema tipica a proceslului de producere a etanolului din porumb

Chimia procesului

Majoritatea plantelor sunt formate in principal din biomasa linocelulozica. La randul ei, aceasta este formata in principal din celuloza, hemiceluloza (in principal xiloza) si lignin, toate bogate in zaharuri.

Practic, procesul deobtinere a etanolului dinporumb consta inextragerea zaharurilor dinceluloza si hemiceluloza,intr-o forma propicefermentarii intr-un alcool.

Privind stoichiometric, 1mol de glucoza produce 2 moli etanol si 2 moli CO2.

Schema unui fermentator Alfa-Laval

BIODIESEL

Reacţia generală de transesterificare:RCOOR’ + R’’OH RCOOR’’ +R’OH

Mecanismul de transesterificare a grăsimilor/uleiurilor în bază de catalizator acid

Avantajele utilizării Biodiesel-ului este evident, aşa cum rezultă şidin studiile efectuate de USA National Biodiesel Board, U.S.Environmental Protection Agency (EPA) under the Clean Air ActSection 211(b), sintetizate în tabelul de mai jos.

AVERAGE BIODIESEL EMISSIONS COMPARED TO CONVENTIONAL DIESEL, ACCORDING TO EPA

Emission Type B100 B20

Regulated

Total Unburned Hydrocarbons -67% -20%

Carbon Monoxide -48% -12%

Particulate Matter -47% -12%

Nox +10% +2%

Non-Regulated

Sulfates -100% -20%*

PAH (Polycyclic Aromatic Hydrocarbons)** -80% -13%

nPAH (nitrated PAH’s)** -90% -50%

Ozone potential of speciated HC -50% -10%

În condiţiile în caare flota urbană este compusă dinapriximativ 25 % autovehicule echipate cu motoarediesel, reducerea impactului acestora prin folosireabiodiesel-ului ca şi combustibil este evidentă.

Exemplu: esterificare trioleinei (ulei de soia):

Trioleina este o trigliceridă în care toate cele trei lanţuri de acid gras sunt de acid oleic.

Pentru a calcula masa moleculară a trioleinei se numără numărul de atomi de carbon din moleculă şi se multiplică cu 12.011, masa moleculară a carbonului. Făcând acelaşi lucru şi pentru hidrogen (104 x 1.00797) şi oxigen (6 x 16.000) vom obţine masa moleculară a trioleinei de 855.46 [g/mol].

Astfel, un mol de trioleină cântăreşte 885.46 g, trei moli demetanol cântăresc 96.12 g, 3 moli de biodiesel 889.50 g şi unmol de glicerină cântăreşte 92.10 g. Reacţia prezentată mai suseste una ideală, în care reactanţi se combină între ei înproporţie de 100%. În realitate însă în urma reacţiilor rămânreziduuri care conduc la reacţii incomplete. Din această cauzăreacţia se „ajută” prin introducerea de reactanţi în exces, deobicei adăugându-se între 60 şi 100 % mai mult metanol decâtcel necesar teoretic desfăşurării reacţie de transesterificare.

Reacţia de transesterificare a trioleinei cu un exces de 100 % (XS) metanol

Făcând bilanţul masic, reacţia de transesterificare cu adaos 100 % de metanol pentru 100 [kg] ulei devine:

La reacţia de transesterificare se adaugă un catalizator, de obicei hidroxid de sodiu (sau o altă substanţăputernic bazică), pentru a asigura viteza reacţiei. Catalizatorul se introduce în proporţie de aproximativ 1 % dinmasa uleiului iar la finalul reacţiei se va regăsi în mare parte combinat în glicerol.

Densităţile reactanţilor sunt:Trioleină: 0.8988 [kg/l]Metanol: 0.7914 [kg/l]Metil oleat (Biodiesel): 0.8739 [kg/l]Glicerol: 1.2613 [kg/l]De acestea este nevoie dacă dorim să facem bilanţul volumic al reacţiei de transesterificare. Astfel, pentru

100 litrii de ulei vom avea:

Cerinţe de calitate pentru biodiesel

Proprietatea Metoda Limita Unitatea

Temperatura de aprindere D 93 130 min ° C

Apă şi sedimente D 2709 0.050 max. %

Vâscozitate cinematică, 40 ° C D 445 1.9 – 6.0 mm2/s

Cenuşă sulfurică D 874 0.020 max. %

Sulf total D 5453 0.05 max. %

Coroziunea cuprului D 130 Nr. 3 max.

Cifra cetanică D 613 47 min

Reziduul de carbon D 4530 0.050 max. %

Aciditate D 664 0.80 max. mg KOH/g

Glicerol liber D 6584 0.020 %

Glicerol total D 6584 0.240 %

Fosfor D 4951 0.0010 %

Punct de distilare în vacuum D 1160 360 °C max. la

90% distilat º C

BIODIESEL DIN ALGENevoia de a descoperii resurse alternative, care să îmbogăţească resursele clasice

de obţinere a biodiselului (uleiuri vegetale şi grăsimi animale) dar şi criza ţiţeiului din anii`70 la implicarea politicului şi a organizaţiilor guvernamentale din întreaga lume înefortul global de găsire a unor resurse cât mai bogate de materie primă pentruproducerea de biocombustibili regenerabili.

Primele cercetări cu privire la posibilitatea de a utiliza anumite specii de alge ca şimaterie primă pentru producerea de biodiesel prin transesterificare a aparţinut italienilor(încă din 1972) însă popularizarea acestei resurse a fost făcută de Departamentul deEnergie al Statelor Unite ale Americi, prin Departamentul de Dezvoltare de Combustibili(U.S. Department of Energy’s Office of Fuels Development) care între 1978 şi 1996 afinanţat un program special, numit Aquatic Species Progam sau ASP al cărui singurscop era găsirea unor specii de alge cu conţinut lipidic bogat şi care să poată fi crescuteîn iazuri iar procedeele de colectare şi transesterificare aplicabile să fie economicsustenabile.

Practic, microalgele sunt o remarcabilă uzină biologică capabilă să preia deşeulCO2 (energie zero) şi să-l convertească într-o formă pură de energie, ulei natural.Această abilitate specială a microalgelor, de a prelua CO2 de tip deşeu (spre exempluevacuat de termocentrale) şi de al convertii în proporţie de până la 90% într-o formăutilizabilă de energie le conferă un avantaj major în faţa altor forme biologice de resurseenergetice regenerabile.

Acest concept energetic a primit şi o denumire în anii `80, „the quads mentality”,mentalitatea quad, unde quad este prescurtarea în engleză a „quadrillion Btus” adică ounitate de energie reprezentând 1015 Btu de energie.

Practic, studiile dezvoltate de Departamentul de Energie al S.U.A a arăt că dacă s-ar crea ferme de alge pe o suprafaţă de 200000 hectare din suprafaţa S.U.A (adică sub0.1% din terenul disponibil în S.U.A) s-ar putea obţine un quad de energie (1015 Btu).

Exemplu de ciclu al algelor

Exemplu: ferma de microalge, verticala, in folie de plastic

http://electrictreehouse.com/algae-biodiesel-extracting-oil-from-algae/

Exemplu: ferma de microalge, in tuburi (sticla, plastic, fibre)

http://www.smartplanet.com/blog/smart-takes/algae-based-biofuel-can-have-4x-carbon-footprint-of-petro-diesel-study-says/9708

Exemplu: ferma de microalge, clasica, in iaz

http://algaeforbiofuels.com/algae-waste-water-treatment-biofuel-production/

Aderea biomasei

-Cea mai utilizata forma de conversie a biomasei in energie (caldura sau electrica);

- astazi ~ 90% din energia obtinuta din biomasa este obtinuta prin arderea/incinerarea biomasei;

- o tehnologie bine inteleasa

- usor de implementat si utilizat

- usor de implementat in sistemele existente

- disponibila comercial

Ar putea fi clasificata in:

Arderea biomasei in stare pulverizata

Ardere pe grilaj (sau pat fix)

Ardere in strat fluidizat

Studiu de caz: avantajele unei centrale termo-electrice de district, pe biomasa

Locatia: Lienz (Tirolul de Est, Austria)Putere instalata: 48 MW termic

2.5 MW electricClienti: 3500 (casnici si industriali), ~ 85% din orasRetea tubulatura urbana: 50 kmPornire: 2003Combustibil: biomasa (lemn si deseuri forestiere)Ciclu de functionare: ORC

(Organic Rankine Cycle)Investitia initiala: 38 milioane euroREZULTATE:•Utilizarea a peste 140000 m3 de biomasa exclusiv dinregiune, annual•Venituri pentru intreprinzatorii locali (in general fermieri)•Utilizarea desurilor forestiere doar din padurile din regiune ducela o imbunatatire a calitatii padurilor locale si reducere ainfestarilor cu daunatori specifici•S-a eliminat total consumul a 5.9 milioane litrii de pacuraannual !•In total 1.4 milioane euro raman in regiune annual !•In plus, in procesul de dezvoltare sustenabila centrala s-aechipat cu o retea de schimbatoare de caldura solare pentrupreincalzirea efluentului primar.

Investitia a fost realizata cu fonduri europene (FP5)

Sursa: http://umwelt.lebensministerium.at/article/articleview/48842/1/13997/

SIME – sistem integrat de management energetic

Scopul programului

Obiective

Arii de influenţă

Obiective de mediu

Obiective economice

Obiective bazate pe

potenţialul tehnic de eficienţă

energetică

Obiective bazate pe

potenţialul economic de

eficienţă energetică

Diminuarea costurilor cu

energia la utilizatorul final

Reducerea emisiilor de GES

Consumatori publiciConsumatori casniciConsumatori industriali

•Eficienta energetica pe latura cererii; •Eficienţa energetică în partea de aprovizionare;•Posibilităţi de utilizare a surselor alternative şi a combustibililor (electricitate, gaze, co-generare, etc.)•Posibilităţi de utilizare a RES (biomasă, producerea de energie termică şi electrică din energie solară, energie eoliană, energie geotermală, mini hidro-centrale, etc.)

http://www.energymodel.eu/spip.php?rubrique101

Ciclul Clausius-Rankine

Ciclul Klausius-RankineEste ciclul centralelor termoelectrice clasicepe combustibil fosil precum şi a centralelornuclearoelectrice. Centralele termice suntechipate cu instalaţii termice cu vapori de apă(abur).În cazan apa se încălzeşte în condiţii de presiuneconstantă, de la temperatura de alimentare t1 până latemperatura de fierbere (saturaţie) t2. tot în cazan are locşi vaporizarea apei, proces ce se produce la presiune şitemperatură constantă

La ieşirea din cazan se obţin vapori saturaţi uscaţi. Cuaceastă stare vaporii întră în supraîncălzitor unde, subpresiune constantă, temperatura acestora creşte. Aburulsupraîncălzit intră în turbină unde energia potenţială setransformă în lucru mecanic necesar antrenării generatoruluielectric. Dupa destinderea in turbina cu condensaţie aburulintră în condensator unde se condensează, fiind răcit cuajutorul apei reci care circulă prin ţevile condensatorului.Procesul de condensare fiind invers procesului devaporizare se desfăşoară tot la presiune şi temperaturăconstantă. Condensatul este preluat de pompa dealimentare care îl comprimă de la presiunea din condensatorpână la presiunea din cazan şi îl reintroduce în circuit.

]/[)()( 34213412 kgJiiiilll tt

]/[311 kgJiiqq

]/[3220 kgJiiqq

- în cazanul de abur

- în condensator

31

21

iiii

ql

t

Randamentul termic

Mărirea randamentului prin supraîncălzire intermediară

un ciclu Clausiu-Rankine cu supraîncălzire intermediară unde linia 1 – 2 reprezintădestinderea iniţială a aburului, 2 – 3 supraîncălzirea intermediară şi 3 – 4 destindereapână la presiunea din condensator. În acest caz căldura mediului de lucru creşte cucăldura necesară supraincălzirii intermediare 2323 iiq

)()()()(

2351

4321

iiiiiiii

t

Mărirea randamentului prin termoficare

Cele mai mari economii de combustibil se pot obţine dacă în centrala termoelectrică seobţinne concomitent atât energie electrică cât si energie termică cu scopul încălziriilocuiţelor, spaţiilor industiale sau în scopuri tehnologice. Centralele care producconcomitent atât energie electrică cât şi termică se numesc centrale electrice determoficare CET. Recent, termenul de termoficare tinde să fie înlocui cu noţiunea decogenerare.

Randamentul termic teoretic este de 100% dar cel real ajunge la 70...80%, datorită pierderilor pe conductele ce leagă consumatorii de centrală

1. Turn de răcire2. Pompa circuitului de răcire al condensatorului3. Linie electrică de înaltă tensiune4. Transformator ridicător de tensiune5. Generator electric de curent alternativ6. Turbină cu abur de joasă presiune7. Pompă de joasă presiune8. Condensator9. Turbină cu abur de medie presiune10. Ventile de reglare ale turbinei11. Turbină cu abur de înaltă presiune12. Degazor13. Preîncălzitor de joasă presiune (PJP)14. Bandă de alimentare cu cărbune15. Buncăr de cărbune, eventual cu turn de uscare16. Moară de cărbune17. Tamburul cazanului18. Evacuarea cenuşii19. Supraîncălzitor20. Ventilator de aer21. Supraîncălzitor intermediar22. Priza de aer necesar arderii23. Economizor24. Preîncălzitor de aer25. Electrofiltru pentru cenuşă26. Exhaustor27. Coş de fum

Procedeele utilizate pentru obţinerea căldurii se bazează în general pe transformareaenergiei chimice a combustibililor în cadrul proceselor de ardere.Studiul termodinamic al arderii presupune aprecierea posibilităţii de desfăşurare aproceselor de ardere pe baza energiei reactanţilor şi stabilirea produselor finale, fără ase realiza o analiză a cineticii arderii, prin urmărirea mecanismului reacţiei chimice, afazelor care o compun şi a vitezei de desfăşurare a acesteia.În funcţie de starea de agregare, combustibilii se clasifică în trei grupe mari: solizi, lichizişi gazoşi

În esenţă un combustibil se compune din masa combustibilă, formată din componenteleactive care participă la procesul de ardere şi balastul, reprezentat din compuşii care nuiau parte la acest proces.

La general, elementele chimice din care este format un combustibil solid sau lichid suntcarbonul (c), hidrogenul (h), sulful (s), azotul (n), oxigenul (o), umiditatea (w) şi cenuşa(a). Suma acestor participaţii trebuie să îndeplinească condiţia de normare astfel:

1awonshc

CALCULUL ARDERII COMBUSTIBILILOR

Puterea calorică a unui combustibil, notată cu H, reprezintă căldura degajată prinarderea perfectă a unităţii de cantitate de combustibil, raportată la o temperatură dereferinţă. Pentru combustibilii lichizi şi solizi, puterea calorică se exprimă în kJ/kg, iarpentru combustibilii gazoşi, în kJ/m3În funcţie de starea de agregare, în care se evacuează apa produsă prin ardere, se definesc:-puterea calorică superioară (Hs), în care caz apa este evacuată în stare lichidă;-puterea calorică inferioară (Hi), în care caz apa este evacuată în stare de vapori.Relaţia dintre cele două puteri calorice este :

)wh9(rHH si [kJ/kg]unde 9h + w reprezintă cantitatea de apă rezultată prin oxidarea hidrogenului, plus umiditatea de combustibil; iar r reprezintă căldura de vaporizare

-pentru combustibili solizi şi lichizi

w2510s92508oh120120c33900Hi

[kJ/kg]

Calculul Arderii. Exemple.

Compoziţia volumetrică a gazului natural utilizat în reţeaua municipiului Timişoara este:

Metan(CH4)c = 0.9905

Etan (C2H6)c = 0.00144

Propan (C3H8)c = 0,00025

Izo – butanN – butan (C4H10)c = 0.00012

Izo – pentanN – pentan (C5H12)c = 0.00005

Azot (N2)c = 0-00663

Oxigen (O2)c = 0.00042

Dioxid de carbon (CO2)c = 0.00054

având puterea calorifică inferioară: Hi = 37000 kJ/m3N Pentru calculul arderii

combustibililor gazoşi sau folosit relaţiile stoichiometrice de mai jos

212510483624min 85.655.32 OHCHCHCHCCHO

21.0min

minO

L

2125104836242 5432 COHCHCHCHCCHVCO

125104836242 65432 HCHCHCHCCHV OH

min2221.079.0 ONV N

22 NCOgu VVV

OHgugt VVV 2

OH

aOHOH

dLVV

2

min22 1000

min)1( LVV gugu

OHgugt VVV 2

VN2 = V°N2 + 0.79·( - 1)·Lmin

Presupunând că se arde 1 m3N decombustibil şi alegând = 1.15 [-], rezultă:

Omin = 1.98805 m3N/m3NLmin = 9.4669 m3N/m3NVCO2 = 0.9954 m3N/m3NV°H2O = 1.98722 m3N/m3NV°N2 = 7.48548 m3N/m3NV°gu = 8.48088 m3N/m3NV°gt = 10.4681 m3N/m3NVH2O = 2.07552 m3N/m3NVN2 = 8.60731 m3N/m3NVgu = 9.90092 m3N/m3NVgt = 10.5564 m3N/m3N

Calculul Arderii. Exemple.În acest calcul s-a considerat un combustibil solid (ex. lemn) având următoareacompoziţie elementară:

C = 44.01 %H = 5,47 %O = 40.83 %N = 2.02 %Ai = 1,67 %Wt = 6 %Puterea calorifică inferioară a fost calculată cu relaţia:

kgkcalWSOHCH ti /5.3632251092508

12012033900

8

312

41.21min

SOHCO 21.0min

minOL

CVCO 12

41.222

min221.079.0

2841.22 ONV N

OH

atOH

dLWHV

2

min2

1000245.1205.11

OHgugt VVV 2

Presupunând că se arde 1 m3N de combustibil şi alegând = 1.15 [-], rezultă:Omin = 0.8443 m3N/kgLmin = 4.0204 m3N/kgVCO2 = 0.8217 m3N/kgV°N2 = 3.1843 m3N/kgV°gu = 4.006 m3N/kgV°H2O = 0.7492 m3N/kgV°gt = 4.006 m3N/kg