Ministerul Educaţiei al Republicii Moldova

Universitatea Tehnică a Moldovei

Facultatea de Energetică

Catedra ,,Termotehnică şi Management în Energetică’’

Conversia energiei şi Instalaţii energetice

PROIECTAREA UNUI CAZAN DE TIP DE - 4

LUCRARE DE AN

VARIANTA 21

A efectuat: st.gr. Te 121.

A verificat: l.s.

Chişinău 2014

CUPRINS

1. DESCRIEREA CAZANELOR DE……………………………………………………… 32. SARCINA LUCRĂRII……………………………………………………………………. 63. CALCULUL PROCESELOR DE ARDERE A COMBUSTIBILULUI……………… 73.1. Calculul cantităţii minime teoretice de aer necesar arderii…………………………………. 73.2. Calculul cantităţii reale de gaze rezultate din arderea completă a combustibilului………... 73.3. Caracteristicile focarului. Coeficienţii de exces de aer…………………………………….. 83.4. Calcularea procesului de ardere……………………………………………………………. 83.5. Bilanţul termic. Calcularea consumului de combustibil…………………………………… 114. CALCULUL SUPRAFEŢELOR DE SCHIMB DE CĂLDURĂ ALE CAZANULUI. 134.1. Descrierea suprafeţelor de schimb de căldură ale cazanului……………………………….. 134.2. Calculul termic al focarului………………………………………………………………… 134.2.1. Caracteristicile geometrice ale focarului…………………………………………………… 134.2.2. Calculul temperaturii de ardere…………………………………………………………….. 134.3. Calculul termic al fasciculului radiativ…………………………………………………….. 144.4. Calculul termic al fascicolului convectiv…………………………………………………... 164.5. Calculul termic al economizorului…………………………………………………………. 184.6. Calculul gazodinamic al instalaţiei de cazane……………………………………………… 20BIBLIOGRAFIE…………………………………………………………………………………… 21

2

1. DESCRIEREA CAZANULUI DE 4

Cazanul de abur de tip DE 4 este destinat pentru producerea aburului saturat sau supraîncălzit până la 225 0C cu presiunea de 1,4 MPa. El se utilizează preponderent la Centralele termice ale întreprinderilor industriale. Cazanul se confecţionează cu productivitatea de 4 t/h. Caracteristicile tehnice ale cazanului sunt prezentate în tab.8.20 [1].

Cazanul (vezi fig.1.1) este constituit din două tambure amplasate longitudinal unul deasupra celuilalt. Diametrul tamburelor este de 1000 mm, distanţa dintre axele lor – 2750 mm, lungimile lor sunt egale In ambele capete tamburele sunt dotate cu guri de vizitare pentru revizii, reparaţii şi curăţare

Fascicolul convectiv şi ecranele sunt formate din ţevi cu diametrul 51×2,5 mm, cu capetele mandrinate în tambure. Ţevile sunt amplasate în fascicol aliniat, câte 11 în rând, cu pasul longitudinal - de 90 mm şi cel transversal – 110 mm. Pentru asigurarea valorilor necesare ale vitezei gazelor la cazanele cu productivitatea de 4 t/h în canalul de gaze sunt amplasaţi pereţi despărţitori. Gazele părăsesc cazanul printr-o fereastră în partea stângă a peretelui posterior al canalului convectiv. Focarul cazanului este amplasat în partea laterală din dreapta a fascicolului convectiv.

Lăţimea focarului este de 1790 mm, înălţimea medie - 2400 mm. Lungimea lui este de - 1980 mm. Focarul este separat de canalul de gaze al fascicolului convectiv de un perete despărţitor format din ţevi cu acelaşi diametru de 51×2,5 mm amplasate cu pasul de 55 mm. În partea din fund este prevăzută o fereastră pentru trecerea gazelor în canalul convectiv, formată din ţevi cu pasul de 110 mm. Tavanul, vatra şi pereţii focarului sunt ecranaţi cu ţevi cu acelaşi diametru. Vatra focarului este izolată cu cărămidă refractară.

Focarul este dotat cu arzătoare de tip ГМГ (vezi tab.7.52 [1]) cu productivitatea termică de 1,75. MW şi distanţa temperaturii maxime de la gura lor de 1,0 m.

Schema hidrodinamică este analogică la toate cazanele şi include ecranele şi fascicolul convectiv. Fascicolul convectiv şi ecranele laterale,sunt conectate prin mandrinare nemijlocit la tamburul de sus şi cel de jos. Ţevile ecranelor peretelui posterior, iar la cazanele cu productivitatea de 4şi celui frontal, sunt sudate cu ambele capete la colectoare cu diametrul de 159×3,5 mm. Colectoarele, la rândul lor, sunt conectate la tambure. Celelalte capete ale colectoarelor sunt unite cu o ţeavă de circulaţie de 76×3,5 mm amplasată în zona neîncălzită. La cazanele cu productivitatea de 4t/h este aplicată schema de vaporizare într-o treaptă. La toate cazanele în calitate de conducte de coborâre servesc ultimele după mersul gazelor ţevi ale fascicolului convectiv.

În volumul de apă al tamburului de sus sunt amplasate conducte de introducere a apei de alimentare de la economizor şi conducta de introducere a fosfaţilor. În spaţiul de abur sunt amplasate dispozitivele de separare a aburului. În tamburul de jos a cazanelor de 4 t/h este amplasată o ţeavă perforată pentru purjarea continuă a cazanului, care este cumulată cu purjarea periodică. Tamburul de jos este prevăzut cu dispozitive de încălzire a apei la pornirea cazanelor şi ştuţ pentru deşertarea cazanului.

3

Figura 1.1. Cazan de abur cu productivitatea 4 t/h:

1 – tambur de sus; 2 – tambur de jos; 3 – canal convectiv de gaze; 4 – focar; 5 – ecran lateral; 6 – ecran posterior; 7 – pereţi despărţitori; 8 – supapă de siguranţă; 9 – aducţiuni ale apei de

alimentare, instalaţie de separare a aburului, 10 - instalaţie de separare a aburului; 11 – racord pentru evacuarea aburului; 12 – conductă de purjare.

Cazanele de tip DE sunt dotate cu economizoare din fontă asamblate din tuburi cu aripioare (vezi fig.1.2). Tuburile se asamblează în pachete câte 4...5 rânduri. Între pachete se instalează aparate de suflare a suprafeţei. Între 2 aparate pot fi instalate 8 rânduri. Numărul de tuburi în rând trebuie sa asigure viteza medie a gazelor de ordinea 10 m/s. În cazul când numărul de rânduri este mai mare de 20, economizoarele se execută în două coloane. Caracteristicile tuburilor sunt prezentate în tab.1.1.

Blocul economizorului se instalează separat în partea posterioară a cazanului la distanţa de 1,5 m şi se uneşte cu cazanul printr-un canal de gaze.

Tabelul 1.1. Caracteristicile tuburilor economizorului

Lungimea, mm

Suprafaţa de schimb de căldură din partea

gazelor, m2

Aria secţiunii pentru trecerea

gazelor, m2

1500 2,18 0,0882000 2,95 0,122500 3,72 0,1523000 4,49 0,184

4

5

Figura 1.2. Elementele economizorului din fontă:

a) tub cu aripioare,b) racordarea tuburilor.

2. SARCINA LUCRĂRII

Să se efectueze calculul termic şi gazodinamic al cazanului DE - 4, care funcţionează pe combustibil gazos.

Compoziţia, căldura de ardere şi densitatea gazului natural analizat sunt:

Compoziţia: CH4= 91,4 %;

C2H6= 4,1 %;

C3H8= 1,9 %;

C4H10= 0,6 %;

CO2= 0,7 %;

N2= 0,2 %.

Căldura de ardere: Qdi= 38,02 MJ/m3.

Densitatea: = 0,883 kg/m3.

6

3. CALCULUL PROCESELOR DE ARDERE A COMBUSTIBILULUI

3.1. Calculul cantităţii minime teoretice de aer necesar arderii

Arderea prezintă un proces chimic de oxidare a componentelor inflamabile a combustibilului cu oxidantul, urmat de degajarea intensivă de căldură. În instalaţiile energetice în calitate de oxidant se foloseşte aerul atmosferic.

Determinăm volumul minim teoretic de aer uscat necesar arderii 1 de gaz natural cu relaţia:

( 3.1)

3.2. Calculul cantităţii reale de gaze rezultate din arderea completă a combustibilului

Gazele de ardere, atât a combustibililor solizi, lichizi, cât şi a celor gazoşi, sunt compuse din: CO2,

SO2, N2, H2O şi aerul excesiv.

Cunoaşterea volumului şi compoziţiei gazelor rezultate din ardere prezintă o problemă de o deosebită importanţă în proiectarea şi exploatarea instalaţiilor de cazane.

Pentru a stabili relaţia de calcul a cantităţii reale de gaze arse este necesar să se determine, în primul

rând, volumul teoretic al gazelor triatomice (compus din volumul bioxidului de carbon - şi

bioxid de sulf - ), volumul gazelor biatomice şi volumul vaporilor de apă .

Determinăm volumul real al gazelor triatomice rezultate prin arderea 1 de gaz natural cu relaţia:

(3.2)

Determinăm volumul real al gazelor biatomice rezultate prin arderea 1 de gaz natural cu relaţia:

(3.3)

Vaporii de apă ce se conţin în amestecul de gaze provin nu numai din vaporizarea umidităţii conţinute în combustibil a apei rezultată din arderea hidrogenului, ci şi din vaporizarea umidităţii din aerul adus pentru ardere.

Determinăm volumul total al vaporilor de apă rezultaţi prin arderea 1 de gaz natural cu relaţia:

(3.4)

Determinăm volumul real al gazelor provenite din arderea de gaz natural cu relaţia:

(3.5)

7

3.3. Caracteristicile focarului. Coeficienţii de exces de aer

Din tab.II.29 [2], selectăm caracteristicile focarului ecranat pentru arderea gazului:

încărcarea termică volumetrică: qv= 350 kW/m3;

pierderea de căldură cu arderea chimic incompletă: q3= 1,5 %;

coeficientul de exces de aer în focar: = 1,1.

Excesul de aer are rolul de a asigura arderea completă a combustibilului. Valoarea coeficientului de exces de aer în canalele de gaze ale cazanului este mai mare din cauza înfiltrărilor de aer exterior prin neetanşeităţile zidăriei cazanului.

Din tab.XVI.A [3] luăm valorile infiltrărilor de aer fals în elementele cazanului: în focar - = 0,05;

în fascicolul convectiv - = 0,05;

în economizor - = 0,1.

Coeficientul de exces de aer într-o secţiune oarecare de pe traseul gazelor de ardere este egal cu suma coeficientului de la sfârşitul focarului şi înfiltraţiile de aer fals până în acea secţiune. Calculăm valorile coeficientului de exces de aer în elementele cazanului:

în fascicolul convectiv: = + = 1,1+0,05= 1,15;

la intrare în economizor: = + = 1,15+0,05= 1,2;

la ieşire din economizor: = + = 1,2+0,1= 1,3.

3.4. Calcularea procesului de ardere

Rezultatele calculelor se vor prezenta în tab.3.1.

Tabelul 3.1. Calculul procesului de ardere a combustibilului

Mărime, unităţi Simbol, formulăValori

=1,1 =1,15 =1,2 =1,3

Volumul teoretic de aer, m3/ m3

9,62

Volumul gazelor triatomice, m3/ m3

1,03

Volumul teoretic al azotului, m3/m3

7,6

Volumul teoretic al vaporilor, m3/ m3

2,16

Tabelul 3.1. (Continuare)

8

Excesul de aer, m3/m3 0,962 1,443 1,924 2,886

Volumul excesiv al vaporilor, m3/ m3 0,015 0,023 0,031 0,046

Volumul real al gazelor uscate, m3/m3 9,592 10,073 10,554 11,516

Volumul real al vaporilor, m3/ m3 2,175 2,183 2,192 2,206

Volumul total al gazelor, m3/m3 11,767 12,256 12,745 13,722

Participaţiile volumetrice

gaze tria-tomice 0,088 0,084 0,081 0,075

Vapori

0,184 0,176 0,169 0,157

Total 0,272 0,26 0,25 0,232

Temperatura punc-tului de rouă, 0C

58 57 56 55

Densitatea gazelor, kg/m3

1,226 1,228 1,23 1,233

În instalaţiile energetice gazele de ardere sunt supuse, în majoritatea absolută a cazurilor, la două procese termodinamice: transferul izobar de căldură şi destinderea adiabată. Cantitatea de căldură, în primul, şi lucrul termodinamic, în al doilea, se exprimă prin diferenţa de entalpii a gazelor.

Se numeşte entalpie conţinutul de căldură fizică a gazelor de ardere. Entalpia gazelor de ardere se determină ca suma entalpiilor fiecărui gaz din componenţa gazelor de ardere, cu relaţia:

, kJ/m3, (3.6)

în care: este temperatura gazelor de ardere, în 0C;

– capacităţile termice specifice ale gazelor respective, din tab. III (pag.170)

, în kJ/(m3∙K).

Entalpia gazelor de ardere se calculă pentru fiecare sector al agregatului de cazan, luând în consideraţie valorile coeficienţilor de exces de aer în fiecare sector.

Calculele introducem în tab.3.2. Valorile temperaturilor şi, respectiv, ale capacităţilor termice se iau aceleaşi pentru toate variantele.

După valorile obţinute ale entalpiilor construim diagrama h-t a produselor arderii (vezi fig.3.1), care va fi ulterior folosită în calcule.

Tabelul 3.2. Valorile entalpiilor gazelor de ardere9

oC

Gaze triatomice Azot Vapori Aer excesiv

,

kJ/m3

= 1,1

2000 1,09 2,423 2,645 7,9 1,484 11,752 2,21 1,964 4,357 1,002 1,534 1,537 20,291 40582

800 1,09 2,132 2,327 7,9 1,368 10,833 2,21 1,669 3,702 1,002 1,415 1,409 18,278 14622

= 1,15

1000 1,09 2,405 2,407 7,9 1,393 11,031 2,21 1,724 3,824 1,503 1,438 2,162 19,425 19425

400 1,09 1,931 2,108 7,9 1,317 10,429 2,21 1,566 3,474 1,503 1,355 2,037 18,52 7220

= 1,2

500 1,09 1,990 2,171 7,9 1,329 10,524 2,21 1,591 3,529 2,004 1,369 2,744 18,97 9485

200 1,09 1,788 1,951 7,9 1,300 10,29 2,21 1,523 3,378 2,004 1,333 2,672 18,297 3659

= 1,3

400 1,09 1,931 2,108 7,9 1,317 10,429 2,21 1,566 3,474 3,006 1,355 4,074 20,086 8034

100 1,09 1,701 1,857 7,9 1,297 10,271 2,21 1,506 3,343 3,006 1,325 3,984 19,453 1945

-Cu ajutorul diagramei H – t uşor vom putea determina valorile entalpiilor, în funcţie de temperatură şi viceversa - determina temperatura cunoscând entalpia gazelor de ardere în fiecare sector al cazanului.

3.5. Bilanţul termic. Calcularea consumului de combustibil

10

Bilanţul termic al cazanului se întocmeşte fie în raport cu o unitate de timp (s sau h), fie în raport cu o unitate de combustibil (kg sau m3). În ultimul caz ecuaţia bilanţului termic are forma:

(3.7)

unde: Qd este căldura disponibilă;

Q1 – căldura utilă;

Q2 – căldura pierdută datorită entalpiei gazelor de ardere la evacuarea din cazan;

Q3 – căldura pierdută prin ardere incompletă din punct de vedere chimic;

Q4 – căldura pierdută prin ardere incompletă din punct de vedere mecanic (în cazul arderii combustibilului gazos aceasta este nulă);

Q5 – căldura pierdută în exterior de către suprafaţa instalaţiei de cazan;

Q6 – căldura pierdută prin entalpia zgurii evacuate din focar (în cazul arderii combustibilului gazos aceasta este nulă).

În calcule, mai des se folosesc valorile procentuale:

(3.8)

Calculăm pierderile de căldură cu entalpia gazelor la coş cu formula:

(3.9)

în care: este entalpia gazelor evacuate, se determină din diagrama H-t după temperatura gazelor evacuate. În cazanele de productivitate medie (20 ÷ 75 t/h), care utilizează în calitate de combustibil gazul natural, temperatura de calcul a gazelor evacuate la coş se admite

. Din diagrama H-t avem: = 2500 kJ/m3;

– entalpia aerului rece aspirat din încăpere sau din exterior. Entalpia aerului se calculă cu formula:

(3.10)

în care: este temperatura aerului rece aspirat din exterior; se consideră ta = 30 0C;

– capacitatea termică volumetrică a aerului; la temperatura ta = 30 0C, = 1,323 kJ/(m3∙K).

Din graficul fig.8 [4] luăm valoarea pierderii de căldură în mediul ambiant. Pentru productivitatea cazanului - Randamentul brut al cazanului de fapt este căldura utilă q1, în %. Prin urmare:

% (3.11)

sau

. (3.12)

11

Determinăm randamentul brut al cazanului:

(3.13)

Calculăm consumul de combustibil la cazan cu formula:

= , (3.14)

în care: este productivitatea de abur a cazanului, în kg/s; Productivitatea cazanului DE-4 este

D = 4 t/h = kg/s;

– entalpia aburului saturat uscat la ieşire din cazan, se ia din tabele termodinamice în

funcţie de presiunea aburului Hv = 2778 kJ/kg;

– entalpia apei de alimentare la intrare în cazan, în kJ/kg. Cazanele cu presiunea nu mai mare de 3,5 MPa se alimentează cu apă de la degazorul atmosferic cu temperatura de 100 0C. Entalpia ei va fi: = 4,19·100 = 419 kJ/kg.

Determinăm consumul de combustibil ars:

m3/s. (3.15)

4. CALCULUL SUPRAFEŢELOR DE SCHIMB DE CĂLDURĂ ALE CAZANULUI4.1. Descrierea suprafeţelor de schimb de căldură ale cazanului

12

Suprafeţele de schimb de căldură ale cazanului din traseul apă-abur sunt: economizorul, vaporizatorul şi supraîncălzitorul de abur (lipseşte în cazul expus în lucrare), din traseul aer-gaze – preîncălzitorul de aer (lipseşte în cazul expus în lucrare). Aceste suprafeţe sunt amplasate în 4 zone de temperatură, care determină modul de schimb de căldură:

- zona de radiaţie amplasată în focar, temperatura gazelor este între 900 oC şi 2000 oC, prin radiaţie se transferă peste 90 % din căldură;

- zona de semiradiaţie amplasată la ieşire din focar, temperatura gazelor este între 700 oC şi 1300 oC, prin radiaţie se transferă 60...70 % din căldură;

- zona convectivă de înaltă temperatură amplasată în canalele de gaze după zona de semiradiaţie, temperatura gazelor este între 300 oC şi 1000 oC, 60...80 % din căldură se transferă prin convecţie;

- zona convectivă de joasă temperatură amplasată în canalele de gaze la ieşire din cazan, temperatura gazelor este între 100 oC şi 500 oC, prin convecţie se transferă 90...95 % din căldură.

4.2. Calculul termic al focarului4.2.1. Caracteristicile geometrice ale focarului

Suprafaţa pereţilor laterali se calculă după valorile perimetrului lor şi a lungimii focarului:

(4.1)

unde: este perimetrul focarului, în ;

- lăţimea focarului, din Capitolul 1, în ;

- înălţimea focarului, din Capitolul 1, în ;

- lungimea focarului, din Capitolul 1, în .

Suprafaţa peretelui frontal, egală cu cea a peretelui posterior:

1,79∙2,4 = 4,3 m2. (4.2)

Suprafaţa totală a pereţilor focarului:

16,59 + 2 · 4,3 = 25,19 m2. (4.3)

Volumul focarului:

4,3 · 1,98 = 8,51 m3. (4.4)

4.2.2. Calculul temperaturii de ardere

Determinăm cantitatea de căldură degajată în focar la arderea unui m3 de gaz natural:

kJ/m3, (4.5)

aici este entalpia aerului introdus în focar; se calculă cu formula (3.10), pentru excesul de aer din focar:

.

(4.6)

Din diagrama H - t (fig.3.1) după valoarea găsim: = 1870 0C.

4.3. Calculul termic al fasciculului radiativ

13

Suprafeţele de schimb de căldură ale cazanului, amplasate în focarul lui, primesc căldură de la gazele de arde obţinute în urma arderii gazului natural, preponderent prin intermediul transferului de căldură prin radiaţie.

Calculele le efectuăm prin metoda iteraţiilor. Admitem o valoare preliminară a temperaturii gazelor la ieşire din focar, după care efectuăm calculele. Dacă valoarea obţinută din calculese va deosebi de cea preliminară, calculele le considerăm terminate. În caz contrar calculele se repetă pentru valoarea obţinută, considerând-o preliminară.

Calculele se vor prezenta în tab. 4.1.

Tabelul 4.1. Calculele termice ale fasciculului radiativ

Mărime, unităţi Simbol Argumentare sau formulă ValoareSuprafaţa de radiaţie, m2 Tab.8.20 [1] 21,84

Grad de ecranare a focarului 0,867

Grosimea efectivă a stratului radiant, m

1,216

Amplasarea relativă a temperaturii maxime

0,505

Absorbtanţa gazelor triatomice, m.bar

0,357

Temperatura gazelor la ieşire din focar, 0C

Se admite cu precizare ulterioară 1100

Coeficientul de slăbire a radiaţiei de către gazele triatomice

După nomograma Fig. 9 [4] ( ,

= 0,357 m.bar, = 1100 oC)

0,88

Idem, de către mediul focarului 0,257

Absorbtanţa fluxului de gaze, m.bar 0,31

Factorul de emisie al flăcării 0,267

Coeficientul de murdărire a pereţilor La arderea gazului 0,8

Produsul 0,693

Încărcarea termică a suprafeţei focarului, kW/m2

114,6

Valoarea coeficientului M 0,369

Temperatura calculată a gazelor la ieşire din focar, 0C După nomograma Fig. 10 [4](

, ,

, = 1870 0C )

1103

Entalpia gazelor la ieşire din focar, kJ/m3

Din diagrama H-t 21000

Coeficient de păstrare a căldurii 0,971

Căldura transmisă prin radiaţie în focar, kW/m3

16397.27

Încărcarea termică volumetrică a focarului, kW/m3

335

primeşte următoarele valori, în funcţie de productivitatea de abur: 4 t/h – 1 m;

14

Fig.4.1 Nomograma pentru determinarea coeficientului de slabire a radiatie de catre gazelelor triatomice

Fig.4.2 Nomograma pentru determinarea temperaturii gazelor la esire din focar

Diferenţa dintre temperatura admisă a gazelor şi cea de calcul este:

15

,

deci, calculele pot fi considerate finisate.

4.4. Calculul termic al fascicolului convectiv

Calculul se reduce la determinarea temperaturii gazelor la ieşire din fascicol. Pentru aceasta folosim metoda grafică. Admitem preliminar două valori ale acestei temperaturi: 300 0C şi 500 0C. Determinăm valorile cantităţilor de căldură cu ecuaţiile bilanţului termic, Qb, şi a transferului de căldură, Qt. Construim graficele acestor mărimi în funcţie de temperatură. Temperatura căutată va fi la intersecţia liniilor, adică în cazul Qb= Qt. Rezultatele calculelor se introduc în tabelul 4.2.

Tabelul 4.2. Calculele termice al fascicolului convectivMărime, unităţi Simbol Argumentare sau formulă Valoarea la , oC

300 500Suprafaţa de încălzire, în Tab.8.20 45

Numărul de ţevi în rând Capitolul 1 11

Diametrul ţevilor, Capitolul 1 51

Pasul longitudinal, Capitolul 1 90

Pasul latitudinal, Capitolul 1 110

Lăţimea medie a canalului, Din particularităţile constructive ale cazanului 1

Înălţimea medie a canalului, Din particularităţile constructive ale cazanului 2

Aria secţiunii de trecere a gazelor,

0,439

Grosimea efectivă a stratului radiant,

0,165

Temperatura gazelor la intrare în fascicol, oC

Din tab. 4.1. 1103

Entalpia gazelor la intrare în fascicul, kJ/m3

Din tab. 4.1. = 21000

Entalpia gazelor la ieşire din fascicul, kJ/m3

Din diagrama H - t 5500 9500

Coef. de păstrare a căldurii Din tab.4.1 0,971Fluxul de căldură după ecuaţia bilanţului termic,

1128.78 837.48

Temperatura de saturaţie în cazan, 0C

Din tabele termodinamice în funcţie de presiunea aburului 194,1

Diferenţa medie de temperatură,

373.5 553.7

Temperatura medie a gazelor, 0C

701.5 801.5

16

Debitul gazelor de ardere în fascicul,

0,8458

Viteza medie a gazelor de ardere în fascicul,

6.877 7.583

Temperatura medie redusă, ;

0,702 0,802

Conductibilitatea termică a gazelor de ardere,

0,083 0,092

Viscozitatea gazelor de ardere,

Participaţia volumetrică a vaporilor de apă

Din tabelul 3.1. 0,196

Criteriul Prandtl 0,629 0,619

Coeficientul de convecţie

termică,

53.61 56.52

Absorbtanţa gazelor triatomice,

0,483

Coeficientul de slăbire a radiaţiei de către gazele triatomice

După nomograma Fig. 4.1 ( , = 0,483

m.bar, = 300 oC şi = 500 oC)

1,28 1,18

Idem, de către mediul focarului

0,375 0,346

Factorul de emisie al gazelor

0,313 0,292

Tabelul 4.2. (Continuare)

17

Coeficientul de murdărire a pereţilor

Din tab IV.2 0,005

Temperatura exterioară a peretelui ţevii, 0C

319.52 287.15

Coeficientul de transfer de căldură prin radiaţie,

11,2 17.02

Coeficientul de umplere a canalului de gaze

0,95

Coeficientul de transfer

global de căldură,

47,4 52,248

Fluxul de căldură după ecuaţia transferului termic

796.8 1301.9

Temperatura gazelor la ieşire din fascicul, 0C

Din graficul din fig.4.3. 384

După valorile obţinute ale Qb şi Qk construim graficul fig. 4.3, din care determinăm valoarea temperaturii pentru punctul de intersecţie a liniilor respective.

4.5. Calculul termic al economizorului

Economizorul are rolul de a ridica temperatura apei de la temperatura apei de alimentare până la temperatura aproape de saturare (în unele cazuri se admite şi o fierbere slabă), scăzând astfel entalpia gazelor evacuate. El este amplasat în zona convectivă de joasă temperatură. La cazanele mici economizorul reprezintă ultima suprafaţă a cazanului, la cazanele mari, aparţinând grupurilor energetice cu preîncălzirea regenerativă a apei de alimentare până la 230...280 oC, ele sunt urmate de preîncălzitoarele de aer. Constructiv, economizoarele pot fi din tuburi de fontă cu aripioare (la cazane cu presiunea până la 3,5 MPa) sau din tuburi netede de oţel.

Spre deosebire de suprafeţele precedente ale cazanului, care au un caracter de verificare, calculul economizorului este constructiv: obiectivul lui este determinarea valorii suprafeţei şi compoziţia ei. Calculele le introducem în tab. 4.3

18

Tabelul 4.3. Rezultatele calculului economizoruluiMărime, unităţi Simbol Argumentare sau formulă Valoare

Temperatura gazelor la intrare, 0C Din tab.4.2. 384

Entalpia gazelor la intrare, 0C Din diagrama H-t 7250

Temperatura gazelor la ieşire, 0C A fost admisă în paragraful 3.5 130

Entalpia gazelor la ieşire, kJ/m3 Din diagrama H-t 2750

Căldura cedată de gaze apei în economizor, kW

Qec327,71

Debitul apei prin economizor, kg/s D Din caracteristica cazanului 1,11

Temperatura apei după economizor, 0C

171,103

Diferenţa de temperatură la intrare, K

212.89

Diferenţa de temperatură la ieşire, C 30

Diferenţa medie de temperatură, C tm93.33

Temperatura medie a gazelor, 0C257

Viteza medie a gazelor în economizor, m/s

Admitem în prealabil10

Volumul total al gazelor, m3/m3 Din tab 3.1.11,293

Din tab 3.1 11.325

11.309

Debitul mediu al gazelor prin economizor, m3/s

1,647

Aria secţiunii de trecere a gazelor, m2 0,1647

Aria secţiunii de trecere a unei ţevi, m2

Din tab.1.10,088

Numărul de ţevi în rând2

Viteza precizată a gazelor, m/s9,356

Coeficientul de transfer global de 23.41

19

Suprafaţa de schimb de căldură a economizorului, m2 149.97

Suprafaţa de schimb de căldură a unei ţevi, m2

Din tab.1.12,18

Numărul rândurilor de ţevi34

Economizorul se va executa în 2 coloane din câte 3 blocuri: 4; 8 şi 5 rânduri în fiecare (fig. 4.).

4.6. Calculul gazodinamic al instalaţiei de cazane

Obiectivul calcului este determinarea rezistenţei gazodinamice a cazanului împreună cu economizorul. Calculul este prezentat în tab.4.4.

Tabelul 4.4. Rezultatele calculul gazodinamic

Mărime, unităţi Simbol Argumentare sau formulă Valoare

Rezistenţa gazodinamică a cazanului fără economizor, kPa

pc Din tab.8.20[1] 0,546

Viteza medie a gazelor în economizor, m/s

wec Din tab.4.3 9,356

Temperatura medie a gazelor în economizor, 0C

Din tab.4.3 257

Densitatea medie a gazelor în economizor, kg/m3

0,749

Numărul de rânduri în economizor Din tab.4.3 34

Rezistenţa gazodinamică a economizorului, kPa

pec 0,558

Rezistenţa canalelor de racordare, % pr Considerăm 10

Rezistenţa gazodinamică totală a cazanuului, kPa

pcaz 1,214

20

BIBLIOGRAFIE

1. К.Ф.Роддатис, А.Н.Полтарецкий. Справочник по котельным установкам малой

производительности. – Москва: Энергоиздат, 1989.

2. Гусев Ю.Л. Основы проектирования котельных установок. – Москва: Стройиздат,

1973.

3. Тепловой расчет котельных агрегатов. (Нормативный метод). Под ред.

Н.В.Кузнецова и др. Москва: «Энергия», 1973.

4. Aurel Guţu. Indicaţii metodice. Proectarea unui cazan de tip DE.- Chişinău: U.T.M. 2008.