Generatorul de Abur

  • View
    192

  • Download
    4

Embed Size (px)

Text of Generatorul de Abur

CAP.1 FUNCIA GENERATORULUI DE ABUR

Generatorul de abur reprezint o instalaie termic care utilizeaz energia termica rezultat prin arderea combustibililor clasici sau prin reaciile de fisiune nuclear pentru a transforma apa in vapori saturai sau supranclzii. Generatoarele de abur cu combustibili clasici pentru instalaiile energetice furnizeaz aburul supranclzit turbinei de abur, maina termica care antreneaz la rndul ei generatorul electric. In acest fel, se ajunge de la energia termica produs prin arderea combustibililor, la lucru mecanic produs la arborele turbinei si in final la energie electrica produsa de generatorul electric nsoita de o oarecare cantitate de energie termica, avnd drept suport fizic abur de parametri mai sczui, utilizata in reeaua de termoficare sau pentru alte utiliti. Ciclul de funcionare al unei instalaii energetice cu abur este ciclul Clausius-Rankine. Scheme instalaiei este prezentata in figura 1, in timp ce in figura 2 sunt reprezentate fazele de realizare a acestui ciclu in coordonate T-s, deoarece in aceasta diagrama fazele de lucru apar nedeformate iar cldurile transferate apar ca simple suprafee. GA 3

in4

.,, ^nFigura 1.

?5TR este cea de t. 5 T

Pompa de apa PA preia apa cu starea 1 de lichid saturat provenita de la condensatorul instalaiei avnd presiunea ( p1) si produce modificarea de stare 1-2, adic ridic presiunea apei pn la presiunea de funcionare a cazanului, (p2). Pe parcursul acestei comprimri adiabatice, din cauza frecrilor din CI pomp apa se nclzete cu circa 3-5 OC pstrndu-si aceeai entropie, s1=s2. Pentru realizarea acestei transformri, pompa de ap consum lucrul mecanic de comprimare, l1-2. Starea 2 a apei la ieirea din pomp

6 \\x =1 lichid subrci

K Figura 2.

s

Apa refulata de pompa de alimentare a cazanului, avnd presiunea p2 este introdusa in prenclzitorul de apa al cazanului, Ec, unde se prenclzete izobar (p2=p3) pn la temperatura T3, de saturaie, cu care ptrunde in tamburul T al cazanului. Procesul de prenclzire al apei se desfoar la presiunea de funcionare a cazanului pe baza cldurii preluate de ap de la gazele de ardere generate in focarul cazanului, ajunse la o temperatur relativ sczut, circa 180 oC, dup ce au cedat cldur celorlalte aparate schimbtoare de cldur ale cazanului montate in amonte de prenclzitorul de ap. Din cauza coninutului de cldur redus al gazelor din zona prenclzitorului de ap, cldur care mai poate fi folosita cel mult la prenclzirea aerului de combustie, se poate considera c acest aparat recupereaz ultimele resurse calorice ale gazelor de ardere. Dac prenclzirea apei s-ar produce pe baza unui consum suplimentar de energie termic, intr-un aparat separat de instalaia de cazan, s-ar reduce mult randamentul termodinamic brut al cazanului, tocmai din cauza unui consum suplimentar de energie termic introdus in circuitul generatorului de abur de la o surs exterioar, care la rndul ei ar consuma energie pentru a o ceda apei.. Tocmai din acest motiv, preinclzitorul de ap al cazanului poart numele de economizor, Ec. Prenclzirea apei este necesar din motive economice, pentru a folosi vaporizatorul cazanului strict pentru transformarea lichidului saturat in vapori saturai, dar si din motive de siguran in funcionare, evitndu-se in acest fel vaporizarea brusc a apei introdus in tambur, care ar supune pereii tamburului la eforturi mecanice mari, putnd produce fisurarea acestora. Lichidul saturat din economizor ptrunde in tamburul T al cazanului. Pe la partea inferioar a tamburului, lichidul intra in evile cobortoare ale sistemului vaporizator V, ajunge in colectorul inferior CI si apoi i urmeaz calea ascendent prin ecranele de evi urctoare ale vaporizatorului napoi ctre tambur. Pe acest parcurs, tambur -evi cobortoareevi urctoare - tambur, circuit care caracterizeaz cazanele cu circulaie naturala si cunoscut sub numele de bucla de circulaie natural, lichidul saturat se transforma in amestec lichid -vapori saturai. Separarea lichidului de abur se face gravitaional, in tamburul cazanului, aburul saturat lund drumul ctre supranclzitorul cazanului pe la partea superioar a tamburului, in timp ce lichidul nevaporizat din tambur mpreuna cu lichidul venit din economizor in locul aburului produs, reintr in bucla de circulaie prin evile cobortoare ale sistemului vaporizator legate la partea inferioar a tamburului. Procesul de vaporizare al apei in vaporizatorul cazanului, este reprezentat in diagrama T -s de izoterma 3 - 4, suprapus cu izobara mrginit de aceleai puncte. Pe parcursul acestui proces, apa parcurge succesiv strile lichid saturat (x=0, punctul3), vapori umezi (palierul orizontal 3 -4), vapori saturai uscai (x = 1, punctul 4). Vaporizarea este un proces obligatoriu pentru toate generatoarele de abur, care se desfoar, aa cum se tie, in condiii izoterme (T 3 = T4) i izobare, la presiunea de funcionare a cazanului (p3 =p4). Aria de sub curba transformrii 3-4, in diagrama T-s, reprezint cldura de vaporizare introdus in apa de cazan in scopul vaporizrii acesteia. Din vaporizatorul V al cazanului, aburul saturat avnd starea 4, vapori saturai uscai, intr in supranclzitorul de abur, SI. Aici, primind in continuare cldur de la gazele de ardere, aburul saturat se inclzete, transformarea 4 -5, mrindu-i temperatura de la T4 la T5, in condiii izobare. Procesul de supraincalzire al aburului este necesar pentru cazanele energetice in scopul creterii entalpiei aburului, entalpie ce va fi folosit pe parcursul procesului de destindere care urmeaz s aib loc in turbina de abur TA a instalaiei. Pentru ciclul ideal, care se realizeaz fr frecri, punctele de stare 2, 3, 4 si 5 se afl pe aceeai izobar, izobara de funcionare a cazanului. Punctul 5 reprezint starea aburului la ieirea din cazan (vapori supranclzii) i intrarea in turbina de abur TA. Turbina este maina termic in care aburul supranclzit se destinde producnd energie mecanica la arbore, transmis generatorului electric GE in scopul

transformrii acesteia in energie electric. Aceast destindere, considerat adiabatic (la entropie constant) in ciclul ideal, este reprezentat in diagram de verticala 5 - 6. Procesul 5-6 se desfoar intre presiunile p5 si p6 (presiunea din condensator), respectndu-se condiia ca la sfritul destinderii, titlul aburului x6 sa fie mai mare de 0,9, din condiii de fiabilitate a turbinei. Pe parcursul acestei transformri, la arborele turbinei se culege lucrul mecanic specific lt = i5- i6. Aburul cu starea 6 de la ieirea din turbina de abur intr in condensatorul C al instalaiei. Condensatorul reprezint principala surs rece a instalaiei, care asigur extragerea din abur a cldurii de vaporizare pentru a fi posibil transformarea acestuia in lichid saturat ce urmeaz a fi preluat de pompa de circulaie i reintrodus in cazan. Procesul de condensare este reprezentat in diagram de orizontala 6-1, o izoterm suprapus cu o izobar, iar aria de sub aceasta reprezint cldura de condensare extras in condensator din aburul provenit de la turbin in scopul transformrii acestuia in lichid saturat. Agentul termic care preia cldura de condensare din aburul intrat in condensator este apa de rcire a condensatorului, care la rndul ei cedeaz cldura de condensare preluat aerului inconjurtor, intr-un alt utilaj termic al instalaiei de cazan, turnul de rcire, TR. Circulaia apei de rcire a condensatorului prin turnul de rcire este asigurat de pompa de circulaie PC. Pompa de circulaie trimite apa de rcire in turn, unde aceasta este dispersat in picturi fine sau sub form de pelicul. Apa, sub efect gravitaional, cade la interiorul turnului circulnd in contracurent cu aerul introdus in turn pe la partea inferioar a acestuia si cedeaz aerului prin schimb combinat de cldur i mas cldura de condensare preluat din condensator.

CAP.2. COMBUSTIBILI ORGANICI Generatoarele de abur folosesc dou surse de energie termic: combustibilii organici i fisiunea sau fuziunea nucleelor unor substane, in cazul centralelor nucleare. Obiectul cursului const in studiul generatoarelor de abur care funcioneaz cu combustibili organici. Din categoria acestor combustibili, in faza actual de dezvoltare tehnologic a instalaiilor de ardere fac parte crbunii, produsele petroliere si combustibilii gazoi naturali. 2.1. Condiii generale ce trebuiesc indeplinite de combustibilii organici Combustibilii organici se prezint in general sub forma unor amestecuri de substane combustibile i necombustibile, care prin arderea in focare produc energie termic, avnd drept suport fizic gazele de ardere. Prin ardere, nelegem procesul de oxidare rapid, exoterm a substanelor combustibile. Pentru ca reacia de ardere s fie posibil, trebuie indeplinite dou condiii de baz: prezena alturi de substana combustibil a comburantului, substana care furnizeaz oxigenul necesar arderii i atingerea nivelului termic necesar pentru a fi iniiat reacia de ardere, adic temperatura de aprindere a substanei combustibile. In continuare sunt enumerate condiiile pe care trebuie s le indeplineasc o substan combustibil pentru a fi utilizat drept carburant: - s se oxideze exotermic, cu degajare de caldur specific i tempartur de ardere ct mai mari; - s fie stabile in timp, meninndu-i caracteristicile fizico-chimice nealterate; - s aib un coninut ct mai redus de substane care prin ardere produc compui agresivi pentru suprafeele metalice ale cazanelor (sulf, vanadiu, sodiu); - produsele arderii s fie ct mai puin poluante i uor de indeprtata din focar; - s fie uor de obinut, in rezerve ct mai mari i suficiente, la un cost de achiziionare ct mai redus; - s nu aib utilizri mai rentabile in alte domenii ale economiei (cazul hidrocarburilor utilizate in industria chimic); - s se aprind uor fr s prezinte pericol de explozie sau autoaprindere la manipulare sau stocare. 2.2 Cldura de ardere a combustibililor Denumit i putere calorific, cldura de ardere a combustibililor reprezint cantitatea de cldur exprimat in megajouli, degajat prin arderea comple