Etapa 3.1. CERCETARI EXEPRIMENTALE SUPLIMENTARE PRIVIND REDUCEREA EMISIILOR DE OXIZI DE SULF PRIN ARDEREA COMBUSTIBILULUI SOLID IMBOGATIT CU HRG Elaborare model experimental instalatie insuflare HRG in faza de preparare a prafului de combustibil solid utilizat la cazanele de abur - CO Elaborare model experimental instalatie insuflare HRG in faza de preparare a prafului de combustibil solid utilzat la cazanele de abur – P1 Realizare variante experimentale – sisteme de insuflare a HRG - P2
Transcript
Etapa 3.1. CERCETARI EXEPRIMENTALE SUPLIMENTARE
PRIVIND REDUCEREA EMISIILOR DE OXIZI DE SULF PRIN
ARDEREA COMBUSTIBILULUI SOLID IMBOGATIT CU HRG
Elaborare model experimental instalatie insuflare HRG in faza de preparare a
prafului de combustibil solid utilizat la cazanele de abur - CO
Elaborare model experimental instalatie insuflare HRG in faza de preparare a
prafului de combustibil solid utilzat la cazanele de abur – P1
Realizare variante experimentale – sisteme de insuflare a HRG - P2
I. REALIZARE VARIANTE EXPERIMENTALE – SISTEME DE INSUFLARE A HRG
(P2+CO)
1.1. Aspecte generale În etapa a III-a a proiectului, obiectivul urmărit este realizarea instalaţiilor
experimentale aferente cazanului pilot de la UPB şi determinarea pe bază de cercetare
de laborator a eficienţei modalităţii locurilor de injecţie HRG (canal aer primar, canal aer
secundar, fante arzător sau flacără arzător)
Datele obţinute sunt folosite în final pentru modelarea şi similarea numerică a
funcţionării instalaţiei pilot de cazan, alimentată cu praf de cărbune, îmbogăţit cu HRG.
Modelul matematic are în vedere caracteristicile care privesc raportul aer primar-aer
secundar, conţinutul de materii volatile proporţia HRG şi poziţionarea locului de injecţie a
acestuia, câmpul de temperatură, dimensiunile particulelor de praf de cărbune etc.
Modelul va evidenţia dinamica reducerii emisiilor oxizilor de sulf pentru variantele
experimentate.
Lucrările ştiinţifice elaborate au fost acceptate şi publicate la revista Energetica,
anul 2010. Combustia cărbunelui cu gaz îmbogăţit în HRG în vederea reducerii emisiilor
poluante şi la a VIII-a Conferinţă Naţională de Echipament Termomecanic Clasic şi
Nuclear şi Energie Urbană şi Rurală –anul 2009: Insuflarea gazului îmbogăţit în HRG, în
praful de cărbune, pentru îmbunătăţirea procesului de arderea acestuia şi reducerea
emisiilor nocive.
În afara cercetărilor de laborator, lucrarea cuprinde documentaţia eleborată
pentru insuflarea HRG în canalele de aer, în fantele arzătorului şi în flacăra de praf de
cărbune.
1.2 Descrierea instalatiei generale si cerinte de amenajare adecvate instalatiei experimentale de insuflare a gazului HRG
1.2.1. Generalităţi
Pentru realizarea şi verificarea tehnologiei de insuflare a HRG, la arderea prafului de
cărbune, se vor executa şi monta la instalaţia de focar existente (prezentată la etapa II)
pe baza proiectului elaborat, instalaţia de obţinere HRG (descrisă la etapa II),
conductele de racordare HRG şi modulele de arzătoare.
În figura 1.1 se prezintă schema de ansamblu a instalaţiei experimentale de ardere
combustibil solid îmbogăţit cu HRG cărbune, îmbogăţit cu HRG.În
18
20
18
30
28
26
33
23
24
7
13
14
12
11
Aer primar
Aer secundar
Sistem de evacuare hidraulică a zgurii
490 490 490 507.5 507.5
800
750
27
34
32
În fig.1.2 se prezintă schema de
ansamblu a instalaţiei experimentale de
combustibil solid cu punctele de măsură
şi de prelevare de probe.
Legenda
1. buncăr cărbune brun
2. bandă transportoare
3. concasor
4. elevator
5. buncăr alimentare
6. dozator
7. turn preuscare
8. moară ventilator
9. separator
10. cicloane separatoare
11. ventilator de gaze
12. ventilator de aer
13. arzător
14. focar
15. preîncălzitor de aer
16. termocuplă separator moară
17. tub U –presiune amestec
18. diafragmă măsură aer primar
19. diafragmă măsură aer
secundar
20. termocuplă focar
21. termocuplă fine focar
22. ampermetru alimentator
moară
23. voltmetru motor moară
24. ampermetru motor moară
25. termocuplu aer
26. termocuplu evacuare gaze de
ardere
27. termocuplă focar
28. termocuplă focar
29. manometru
30. analizor gaze
31. instalaţie captare praf
32. instalaţie captare zgură
33. instalaţie captare cenuşă
antrenantă
34. dispozitiv
Prezentul caiet de sarcini cuprinde condiţiile tehnice, ce trebuie respectate la
execuţie, control, probe, recepţie, asamblare şi livrare, instalaţie de preparare şi
vehiculare HRG.
Instalaţia de focar existentă, cu un debit de praf de cărbune pulverizat de 200
kg/h are în dotare următoarele componente principale:
- instalaţia de pregătire a prafului de cărbune cu următoarele componente:
• trei buncăre de cărbune brut de capacitate totală 15m3;
• concasor de 350kg/h, granulaţia între 0-30mm; la ieşire 0-10mm, cu motor
de acţionare în curent alternativ 7 kW;
• elevator vehiculare cărbune, cu motor de acţionare ca de 7 kW;
• buncăr de cărbune de 700 kg pentru alimentare moară;
• dozator cărbune pentru alimentarea morii de 300 kg/h cu motor de
acţionare în c.c. de 1 kW
• moară ventilator de 300 kg/h pentru granulaţia cărbune lignit la intrare 0-10
mm iar la ieşire R90=55%; temperatura la ieşirea din moară 80-1200C;
presiune amestec 150 mmH2O; motor de acţionare 17 kW turaţie 2500
rot/minut şi amplificator turaţie în raportul 2:1.
Agentul de uscare constă din amestec de aer primar la temperatura de 2500C
obţinut de la preîncălzitorul de aer tubular al instalaţiei de cazan şi gaze de ardere
recirculate de la finele focarului cu temperatura de maxim 9500C.
- ventilatorul de aer are următoarele caracteristici:
• debit – 3000 m3/h;
• temperatură – 200C;
- ventilatorul de gaze are următoarele caracteristici:
• debit – 6000 m3h
• temperatura – 3000C
• presiunea – 80 mmH2O
- focarul este echipat cu două arzătoare: un arzător pilot de gaz natural de
40m3/h cu rol de aprindere, ( încălzire a focarului) şi de suport a flăcării de
combustibil solid; arzătorul principal de combustibil solid dispus central pe
frontul cazanului.
Pornirea focarului se face cu gaz natural, deoarece când temperatura gazelor de
ardere la finele focarului ajunge la valori de 600-6500C, se introduce praf de cărbune.
Focarul este căptuşit cu material refractar, având pereţi răciţi cu apă. Apa de
răcire intră în ţevile ce ecranează focarul cu o temperatură de 200C şi iese (în regim
nominal de funcţionare) la o temperatură de 40-500C, fiind returnată la rezervorul
pompei de alimentare.
La finele focarului, în drumul de gaze descendent este poziţionat preîncălzitorul
de aer (suprafaţa 25m2) de tip tubular, în care are loc încălzirea aerului la temperatura
mediului ambiant la cca 200-2500C, pe seama căldurii prelevate de la gazele de ardere.
Gazele de ardere evacuate din cazan la o temperatură de cca 150-2000C sunt
trecute printr-o baterie de 3 cicloane legate în paralel, pentru desprăfuire, după care prin
intermediul ventilatorului de gaze sunt evacuate la coş.
Admisia aerului de ardere în instalaţie este realizată de către ventilatorul de aer,
din refularea acestuia se desprind patru trasee posibile:
• un prim traseu este cel al aerului preîncălzit, care este compus din ventilator de
aer-preîncălzitor de aer tubular-traseu de aer primar/traseu aer secundar;
• al doilea traseu injectează aer la intrare gazelor fierbinţi în turnul de preuscare şi
are rol de reglare a temperaturii amestecului combustibil la ieşirea din separatorul
morii;
• al treilea traseu injectează aer rece înainte de intrarea gazelor arse din
preîncălzitorul de aer tubular şi are rolul de a asigura o temperatură de maxim
6000C la gazele de ardere, pentru protejarea metalului ţevilor preîncălzitorului;
• al patrulea traseu injectează aer rece înainte de cicloanele separatoare şi are
rolul de a asigura o temperatură a gazelor de ardere la intrarea în ventilatorul de
gaze de maxim 1200C, în vederea protejării acestuia la solicitările termice.
Pe una din ramurile de alimentare a cicloanelor separatoare, există o derivaţie, ce
poate conduce gazele de ardere într-o instalaţie de desulfurare prin procedeul Tampela
( răcitor cu trei ţevi răcite cu apă şi filtru cu saci).
Evacuarea zgurii din pâlnia focarului se efectuează mecanic cu ajutorul unui sistem
cu motor electric şi şnec.
1.2.2. Optimizare variante de insuflare
În ceea ce priveşte variantele de experimentare a utilizării HRG în procesul de
ardere a prafului de cărbune s-au avut în vedere următoarele tehnologii:
• insuflarea HRG în conducta de amestec praf de cărbune aer primar-gaze de
ardere, după instalaţia de prelevare probe de la moară (varianta I, tronson I);
• insuflarea HRG în conducta de ameste praf de cărbune-aer primar-gaze de
ardere, înainte de intrarea în arzător (varianta II, tronson II);
• insuflarea HRG în arzător în interiorul fantelor de amestec praf de cărbune-aer
primar-gaze de ardere (varianta III, tronson III);
• insuflarea HRG în aerul secundar care intră în arzător (varianta IV, tronson
IV);
• insuflarea HRG în focar la baza flăcării arzătorului de praf de cărbune(varianta
V, tronson V);
• insuflarea HRG în camera specială de amestec HRG cu praful de cărbune,
după separatorul morii (varianta VI, tronson VI).
În afara procesului de adsorbţie şi de difuzia HRG la particula de cărbune motiv
pentru care se are în vedere experimentarea mai multor variante şi alegerea variantei
optime, HRG are rolul de a ameliora condiţiile de insuflare a particulelor de cărbune.
Insuflarea depinde de temperatura şi concentraţia de O2, de conţinutul de materii
volatile precum şi de conţinutul de cenuşă, care constituie un balast la încălzirea
cărbunelui. Volatizarea oxidarea prafului de cărbune sunt fenomene care se derulează
în paralel.
Instalaţia care va produce HRG este amplasată la o distanţă de cca 4-5 m de
cazanul pilot. Ocupă o suprafaţă de cca 1,5-2m2, cu înălţimea de cca 1 m şi are în
dotare două echipamente principale: una pentru alimentarea cu energie electrică şi alta
pentru producerea gazului.
Instalaţia are următoarele caracteristici:
• tensiunea alimentare cu energie – 3 x 380V;
• curent maxim electroliză - 20 A;
• puterea maxim consumată, la capacitatea maximă de HRG – 17 kW;
• presiunea de evacuare HRG – 2,5 bar.
1.2.3. Cerintele modulelor de arzator de carbune pulverizat
Modulele de arzător care se vor experimenta vor trebui să indeplineasca
următoarele cerinte:
- dimensiunile flăcării: compatibile cu dimensiunile focarului;
- domeniul de aplicare: instalaţii noi sau instalaţii vechi renovate;
- emisia de noxe (SOx, NOx, CO, funingine): se va încadra în valorile
admise pentru instalaţia de ardere de putere până la 50 Wt;
- excesul de aer se va reduce până la limită admisă de noxe: în
funcţie de combustibilul folosit şi de modelul de arzător, excesul de
aer poate să coboare până la λ =1,05.
Prezenţa H2S în flacără la marginea ecranelor duce la coroziunea acestora şi
este favorizată de insuficienţa de aer, adică de mediul de reducere CO.
Reţeaua conductelor de aer, gaze de ardere, amestec praf de cărbune, gaz
HRG, s-a dimensionat pentru a se asigura capacitatea de ardere a prafului de cărbune
până la 200 kg/h, în următoarele condiţii:
- funcţionarea la capacitatea nominală numai cu praf de cărbune cu
7500 kJ/kg, cu combustibil de adaus, gaz natural 20-40 m3N;
- funcţionarea la capacitatea nominală cu praf de cărbune, combustibil
de adaus gaz natural şi gaz HRG;
- funcţionarea la capacitatea nominală cu praf de cărbune şi gaz HRG.
După separatorul morii, în conducta Φ 80 de amestec praf de cărbune-aer-gaze
de ardere, care vehiculează amestec spre arzător, la o distanţă de cca 800 mm, de la
nivelul planşeului cotei de deservire, se decupează un tronson de şeavă de L=250 mm,
care este înlocuit cu alt tronson cuprins între două flanşe, prin care se face unjecţia
HRG (varianta 1 , tronson 1).
Tronsonul nou care se montează este compus din două flanşe plane (etanşare
cu număr) Dn 80 PnG SRISO 7005-1:2000 din oţel K 410-2b, STAS 2882/3-88 şi dintr-
ţeavă Φ 88,9x3,2 (Dn80) SREN 10260/2-2003 din oţel P 235GH.
În tronsonul nou, la jumătatea acestuia, s-a decupat un orificiu, prin care se
introduce o ţeavă de Φ 17,2x1,8 din oţel P235GH(SREN 10260/2-2003) pentru insuflare
HRG în conducta de amestec praf de cărbune-aer primar-gaze de ardere. Injecţia HRG
se face prin patru orificii de Φ2 poziţionate echidistant, orientate la 450, în direcţia de
curgere a amestecului.
c. Conducta de amestec praf de cărbune-aer-gaze de ardere la intrarea în
arzător-injecţia HRG (varianta 2, tronson 2).
Înainte de intrarea în arzător, în conducta (Φ 80) de amestec praf cărbune-aer
primar-gaze de ardere, care vehiculează amestecul în arzător, prin fantele de aer
primar, la o distanţă de cca 600 mm de arzător, se decupează un tronson de ţeavă de
L=250mm, care este înlocuit cu alt tronson cuprins între două flanşe prin care se face
injecţia HRG (varianta 2, tronson 2).
Tronsonul nou care se montează este compus din două flanşe plane, etanşe cu
număr Dn 80 Pn6 Sr 150 7005-1-din oţel K 410-26 Stas 2882/3-88 şi dintr-o ţeavă
Φ88,9x3,2 (Dn 80) SREN 10260/2-2003 din oţel P 235 GH.
În tronsonul nou, la jumătatea acestuia s-a decupat un orificiu, prin care se
introduce o ţeavă de Φ 17,2x1,8 din oţel P235 GH (SR EN 10260/2-2003) prin care se
va insufla HRG în conducta de amestec praf cărbune-aer primar-gaze de ardere.
Injecţia se face prin patru orificii de Φ 2 poziţionate echidistant, orientate la 450,
în direcţoa de curgere a amestecului.
d. Conducta de amestec praf de cărbune-aer-gaze de ardere în apropierea
separatorului morii (Varianta VI, tronson VI).
După ieşirea din separator un tronson de ţeavă de l=250 mm este înlocuiot cu o
cameră de de amestec primar cu gazul HRG.
HRG este injectat în camera de amestec prin patru orificii dispuse perpendicular
pe cele patru feţe ale camerei de amestec.
e. Conducta de injecţie HRG în fantele arzătorului înainte de ieşirea amestecului
de praf de cărbune – aer-gaze de ardere din arzător (varianta 3, tronson 3).
Gazul HRG este adus la un colector de ţeavă Dn 10 (Φ 10,2x1,6) la o distanţă de
100 mm faţă de axul vertical al arzătorului. Din colector pleacă câte o ramificare de
ţeavă Dn 10 (Φ 10,2x1,6) care străbate fiecare fantă prin partea mediană. Pe fiecare
ramificaţie, închisă la capăt, s-au practicat 4 orificii de O2 echidistante coliniare dispuse
pe partea opusă sensului de circulaţie a amestecului.
f. Conducta de injecţie HRG în interiorul focarului, la baza flăcării de praf de
cărbune.
Se vor realiza găuri de Φ 18, în placa frontală a arzătorului funcţie de numărul de
fante de amestec.
Pentru fiecare variantă constructivă de arzător se vor debita tronsoane de ţeavă
Dn 10 (Φ 17,2x1,8) funcţie de lungimea fantelor din arzător. Tronsoanele de ţeavă sunt
închise la un capăt iar în celălalt capăt sunt racordate de ţeavă Dn 10 (Φ 17,2x1,8) care
este racordat la conducta de HRG.
Admisia HRG pentru fiecare fantă se va obţine prin câte 4 găuri de Φ 2 mm
echidistante, pentru fiecare tronson de ţeavă.
1.3. Modele de arzătoare pentru carbune pulverizat
1.3.1. Cerinte generale În funcţie de scopul urmărit, respectiv de cantitatea maximă de HRG, care
participă la reducerea emisiei de oxizi de sulf, (conform analizelor de la etapele
anterioare) şi la ameliorarea procesului de ardere, se vor experimenta mai multe
variante de modele de arzătoare – respectiv locuri unde urmează să se injecteze HRG.
Se are în vedere optimizarea locului de insuflare a HRG, căruia îi corespunde
modelul de arzător adecvat.
Insuflarea HRG se face în diverse locuri pe traseul de la ieşirea din moară până
la ieşirea din arzător-se anticipează găsirea unui raport direct proporţional între gradul
de adsorbţie a HRG de către particulele de cărbune şi reducerea emisiei de oxizi de sulf.
Aceste variante experimentale se vor compara cu varianta ultimă de ardere în
arzător a HRG, HRG având în principal şi rolul de aprindere şi de stabilizare a flăcării de
praf de cărbune.
Se va experimenta injecţia HRG pe arzătoarele de praf de cărbune, cu fante.
Arzătorul cu fante cuprinde un ansamblu de 2-3 fante prin care circulă agentul
primar (praf de cărbune, aer, gaze de ardere), fante amplasate una deasupra celeilalte
în zona centrală a ambrazurii circulare a focarului, care formează canalul de aer
secundar.
Jetul de HRG insuflat între fantele de agent primar va fi încadrat de jetul de agent
primar în cadrul geometriei de ansamblu a flăcării în focar.
Arzătoarele cu fante urmăresc arderea cu exces redus de aer la nivelul de bază
al flăcării, având fante de lungimi diferite, pentru realizarea arderii în trepte.
Variantele de arzător care se vor experimenta sunt:
- arzător cu trei fante de amestec primar de lungimi diferite;
- arzător cu două fante de amestec primar şi o fantă separată de aer
secundar (cald);
- arzător cu două fante de amestec primar şi o fantă superioară de aer
secundar (rece)
Pe parcursul experimentărilor cu HRG se va verifica posibilitatea de a se renunţa
la utilizarea gazului natural de susţinerea flăcării de cărbune pulverizat.
1.3.2. Cerinţe tehnice pentru arzătoarele de praf de cărbune Prezentele cerinţe tehnice definesc obiectivele pe care trebuie să le satisfacă
arzătorul turbionar de praf de huilă şi arzătorul cu fante pentru lignit, cu injecţie de HRG
şi eventual şi cu combustibil gazos de adaos (necesar funcţie de caracteristicile
cărbunelui), pentru reducerea emisiilor de oxizi de sulf şi a cenuşii antrenante.
De asemenea cuprinde cerinţele tehnice ce trebuiesc respectate la execuţia,
montajul, controlul verificărilor, recepţiei, ambalarii, depozitării, livrării etc.
Cuprinde date şi cu privire la instalaţiile de cazane la care se montează modelul
funcţional de arzător pentru teste şi experimentări complexe. Se urmăreşte ca prin
injecţia HRG în praful de cărbune să se obţină condiţii de funcţionare sigură şi
economică la capacitatea nominală.
Instalaţia care va produce HRG va fi amplasată la cota de bază de deservire a
arzătorului şi va avea în compunere un echipament pentru alimentarea cu energie
electrică şi unul pentru producerea HRG. Echipamentul pentru producerea HRG este
racordat printr-o conductă la arzător. Insuflarea HRG se va face în conducta de amestec
praf-cărbune-aer primar-gaze de ardere, la intrarea în arzătorul de praf de cărbune.
Admisia prafului de cărbune în arzător se face printr-un tub central. În tubul
central de amestec primar se introduc canalele de injecţie separată a HRG. Jetul de
HRG va fi încadrat de jetul de agent primar, în cadrul geometriei de ansamblu a flăcării.
Această geometrie urmăreşte ridicarea performanţelor de aprindere şi de ardere a
prafului de cărbune.
Arzătorul este dotat cu un canal de aer secundar prevăzut cu palete de
turbionare poziţionat paralel cu tubul central şi cu o coroană înconjurătoare de aer
terţiar.
Selectarea tipului de arzător ales a fost condiţionată de modelul focarului, de
volumul camerei de ardere, parametrii aerului şi de caracteristicile prafului de huilă. Se
are în vedere obţinerea arderii stoichiometrice la nivelul de bază al flăcării. Condiţiile
tehnice.
1.3.3. Condiţiile tehnice de bază pentru materialele arzătoarelor
Materialele utilizate (ţevi, table, semifabricate, etc.) trebuie să corespundă celor
prescrise în documentaţia de execuţie. Se admite folosirea altor materiale care sunt
echivalente cu cele prescrise.
Materialele din care se execută cilindrul central de aer primar la arzător, canalele
de insuflare HRG în arzător, precum şi cilindrii de aer secundar, terţiar şi sistemul de
turbionare se execută din W 4828, un oţel rezistent la temperaturi înalte.
Înainte de introducerea în fabricaţie toate materialele vor fi verificate în ceea ce
priveşte:
- aspectul, dimensionarea şi marcajul;
- existenţa certificatului de calitate emis de fabricant;
- îndeplinirea prescripţiilor din fişa de condiţii tehnice din proiect.
Înainte de punerea în execuţie , materialele se verifică vizual şi se elimină cele
care nu corespund.
Nu se admit table şi ţevi care prezintă exfolieri, găuri şi pete de rugină şi abateri
grosiere, planeitate, rectinilitate şi grosime.
Condiţii tehnice ce trebuiesc respectate în timpul execuţiei
Executantul va întocmi tehnologia de fabricaţie specifică realizării produsului şi
este obligată să folosească procedeele de sudare omologate în conformitate cu
prescripţiile tehnice CR-7-85 colecţia ISCIR.
Va folosi sudori autorizaţi în conformitate cu prevederile prescripţiilor tehnice CR-
9-84 colecţia ISCIR, iar pentru fiecare îmbinare sudată specificată în desen se va
completa numărul fişei de omologare a procedeului de sudare.
Pentru îmbinările sudate cap la cap (în special pentru conducte), grosimea celor
două piese la locul de îmbinare trebuie să fie practic egale.
După poziţionarea corectă a celor două piese, acestea se vor fixa mecanic între
ele prin şuruburi sau gusee sudate, ce trec prin cordonul de sudură, astfel încât să
permită dilatarea pieselor în timpul sudării.
Virolele cilindrice se execută la rece prin ruluire pe valţ şi se sudează pe
generatoare, cordon continuu. Abaterea de la cilindrizare este de max. 0,8 mm.
Sudura viralelor cilindrice se execută din electrozi compatibili cu materialul
metalic de bază, cordon continuu şi etanş. După sudare se polizează suprafaţa pentru
eliminarea depunerilor, a zgurificărilor, etc. Verificarea cordoanelor de sudură la cilindri
de aer se face vizual.
Ca material de adaos se vor folosi electrozii indicaţi în proiect pentru sudarea
oţelului carbon şi slab aliat. Înainte de folosire , electrozii vor fi încălziţi la 180-2200C, cel
puţin o oră, pentru a se aduce umiditatea învelişului la o valoare mai mică de 0,5%.
Pierderea pe focarul cazanului a arzătorului şi a canalelor de aer se face prin
sudura pe placa frontală a cazanului, conform detaliilor specificate în proiect. Se vor lua
măsuri de asigurarea planeităţii suprafeţelor de contact.
Pe baza schemelor executate separat pentru fiecare grupă de conducte, piesele
care urmează a fi asamblate se aşează pe suporturi provizorii, astfel încât locul îmbinării
să fie într-o poziţie cât mai accesibilă şi favorabilă pentru sudor. Practic, planul care
cuprinde îmbinarea circulară să fie vertical.
După tăierea reperelor la dimensiuni, înainte de sudare se curăţă suprafeţele în
mod corespunzător, îndepărtând petele superficiale de rugină şi alte aderenţe.
Laturile plăcilor care urmează a fi sudate se şanfrenează corespunzător
procedeului aplicat. După sudare se înlătură ţunderul, eventualele puncte de sudură,
polizând colţurile şi muchiile tăioase rămase.
Rugozitatea pentru muchie şi găuri este de 12,5, iar rugozitatea pentru zonele
executate prin strunjire este de 3,2.
Paletele de turbionare se recomandă a se executa după şablon. Produsele se
execută în clasele de toleranţă generală „mk”, conform SR EN 22768-1: 1995 şi SR EN
22768-2:1995 sau ISO 2761-1 şi ISO 2761-2.
Abaterile limită pentru reperele obţinute prin tăiere se încadrează în SR EN-
22768, execuţie mijlocie.
Condiţiile tehnice ce trebuiesc respectate în timpul montajului
Produsul după ce a fost executat se curăţă de toate impurităţile şi se iau măsurile
necesare ca în timpul operaţiunilor de încăcare-descărcare şi de transport până la locul
de montaj să nu se producă deteriorări. Operaţia se execută de executant.
Montajul instalaţiei se va executa în prezenţa proiectantului, care va stabili şi
ordinea asamblării elementelor instalaţiei, în funcţie de posibilităţile tehnologice ale
beneficiarului.
La montarea conductelor se execută o preasamblare. În timpul asamblării
acestora, se verifică prezenţa tuturor detaliilor, calitatea acestora şi prezenţa tuturor
organelor auxiliare.
Montarea îmbinărilor cu flanşe se execută păstrând paralelismul acestora.
Verificarea paralelilsmului se execută făcând diferenţa dintre dimensiunile maxime şi
minime, măsurate la două puncte opuse să nu apară eforturi suplimentare în
mecanisme.
Prescripţiile privind executarea sudurilor în atelierul de confecţii se vor respecta şi
la montaj.
În timpul operaţiei de montaj ţevile vor fi menţinute într-o perfectă stare de
curăţenie interioară. Se vor îndepărta toate corpurile străine din interiorul ţevilor. Ţevile
vor fi în interior complet uscate înainte de a se suda, iar capetele libere vor fi protejate
împotriva umidităţii şi a corpurilor străine.
La executarea lucrărilor de sudură nu trebuie să apară curgere de zgură, metal
topit sau alte impurităţi în interiorul conductelor.
Sudura trebuie să fie etanşe şi să se încadreze în clasa IV conform STAS 9398-
79. După sudură se curăţă ţevile de toate impurităţile formate în exterior sau în interiorul
acestora.
La încheierea lucrărilor de montaj se va întocmi la fel ca şi la executarea lucrărilor
de confecţii documentaţia cu operaţiunile efectuate la care se anexează buletine de
verificări şi încercări.
Îmbinările cu flanşe se vor proteja cu coliere de siguranţă. Montarea armăturilor
se va face conform cerinţei proiectantului.
După terminarea montajului se verifică să se îndepărteze eventualele obiecte
uitate în instalaţie, se curăţă totul de rugină.
Montajistul va lua toate măsurile ce se impune în vederea asigurării montajului în
condiţii de siguranţă.
Control şi verificare
Controlul se face pe tot parcursul fabricaţiei, de la introducerea materialelor în
lucru şi până la livrarea de către serviciile de executare a calităţii.
Se va verifica în mod deosebit ca ansamblurile ce se realizează la executant şi
celelalte elemente procurate de la alte întreprinderi să respecte prescripţiile tehnice
impuse prin proiect, standardele şi normele de produs.
Controlul calităţii sudurilor se realizează în trei etape:
- controlul calităţii materialelor ce intră în procesul de sudare
- Controlul în timpul sudării, se urmăreşte ca valoarea parametrilor de sudare
să se încadreze în prescripţiile de sudare
- Controlul nedestructiv al îmbinărilor nesudate , care cuprinde controlul vizual
şi controlul dimensional; se face cu lupa şi şublerul pentru sudură.
Protecţie, ambalare, depozitare
Protecţia şi ambalarea părţilor componente ale instalaţiei se face de către
întreprinderea constructoare, corespunzător cu modul şi perioada de transport.
Suprafeţele exterioare, cu excepţia porţiunilor prelucrate ale flanşelor se vor
proteja cu două straturi de grund anti-coroziv.
Suprafeţele de etanşare şi suprafeţele filetate se protejează cu unsoare U-100
STAS 562/80.
La asamblare şi la transport se va avea grijă ca racordurile, diafragmele,
armăturile să fie bine protejate.
Livrare şi garanţii
Părţile componente ale instalaţiei se livrează conform documentaţiei de execuţie,
împreună cu un set de garnituri nefolosite la încercările de etanşeitate.
Orice modificare adusă proiectului în afară de cele specificate în caietul de sarcini trebuie să aibă acordul scris al proiectantului, lipsa acestui acord absolvă pe proiectant de orice răspundere.
Măsurile de protecţia muncii şi protecţia contra incendiilor
Se vor respecta cu precădere prescripţiile din cărţile tehnice ale cazanului de
420t/h.
O atenţie deosebită se acordă instruirii personalului de exploatare pentru o
cunoaştere temeinică a funcţionării şi exploatării instalaţiilor, precum şi normelor de
tehnica protecţiei şi securităţii muncii.
Verificări şi încercări după montaj
În scopul verificării parametrilor funcţionali, precum şi a indicilor tehnico-
economici stabiliţi prin proiect şi prezentul caiet de sarcini, se vor efectua probe şi
verificări la punerea în funcţiune a instalaţiei de cazan. Punerea în funcţiune se face cu
respectarea prevederilor instrucţiunilor de exploatare ale cazanului.
Înainte de punerea în funcţiune se va face o probă de etanşeitate cu aerul din
mediul ambiant. Se închid gurile de vizitare şi de acces şi se pune în funcţiune
ventilatorul de aer. După pornirea ventilatorului de aer se aruncă în traiectul de aspiraţie
al acestuia praf de cretă care va parcurge tot traseul. Se procedează la examinarea
instalaţiilor de pe traseu şi se remediază defectele.
Verificările funcţionale care se vor efectua la faţa locului privesc:
- dotarea cu aparate şi dispozitive de măsură, control, reglaj şi siguranţă
conform proiectului şi normativelor în vigoare şi funcţionarea corectă a
acestora;
- verificarea aprinderii, stabilitatea flăcării, funcţionarea corectă la diverse
sarcini stabilizate;
- verificarea calităţii arderii la regimurile de sarcini stabilite prin proiect.
Notă: Ţinând seamă că modelul de arzător sunt un unicat s-au elaborat prescripţii speciale. Prezentele prescripţii pentru construcţia modelului arzătorului vor fi preluate de către P2 în caietul de sarcini.
1.4. Ampasarea sistemelor de insuflare la instalatia pilot Instalaţia prezintă o reţea de conducte HRG precum şi o instalaţie de
producere a HRG poziţionate în spaţiul liber existent în apropierea instalaţiei de focar.
Se va desfăşura pe o lungime de cca 10000 mm de la instalaţia de producere
HRG până la canalele de praf de cărbune-gaze de ardere, aer, module de arzătoare,
focar. Principalele caracteristici tehnice sunt:
Caracteristici
Canal de aer
Canal de amestec praf-aer-gaze arse
Conducte HRG
Presiune
Mm col H2O
Maxim de
lucru
admisă
200 150 2,5 bar
Pa
Mm col H2O
De etanşeitate 500 300 5 bar
Temperatura
Fluidului
250 80 20
Periculozitate - - da
Temp.
maximă
- - 25
Mediul de
Lucru
Temp. Minimă 20 60 15
Cerinte privind materialele utilizate la inlatia de insuflare
Materialele (ţevi, table, semnificative, etc) trebuie să corespundă celor prescrise în
documentarea de execuţie.
Se admite folosirea altor materiale care sunt echivalente cu cele prescrise.
Înainte de introducerea în fabricaţie, toate materialele vor fi verificate în ceea ce
priveşte:
- Aspectul, dimensiunile şi marcajul
- Existenţa certificatului de calitate emis de fabricant
- Îndeplinirea prescripţiilor din fişa de condiţii tehnice din proiect
Specificatii privind execuţia
Înainte de introducerea în fabricaţie executantul îşi va însuşi proiectul de execuţie,
inclusiv prezentul caiet de sarcini, pentru a respecta prevederile acestora.
Executantul va întocmi tehnologia de fabricaţie specifică realizării utilajului
Executantul răspunde de calitatea sudurilor executate şi este obligat să
folosească:
• procese de sudare de rezistenţă omologate în conformitate cu prescripţiile
tehnice ISCIR pentru canale de aer, de gaze de ardere şi pentru gaze
combustibile şi pentru schelete metalice;
• sudori autorizaţi în conformitate cu prevederile prescripţiei tehnice ISCIR.
Pe baza schemelor executate separat pentru fiecare grupă de conducte, piesele
care urmează a fi asamblate se aşează pe suporturi provizorii, astfel la locul îmbinării să
fie într-o poziţie cât mai accesibilă şi favorabilă pentru sudori. Practic, planul care
cuprinde îmbinarea circulară trebuie să fie vertical.
Pentru îmbinările sudate cap la cap (în special pentru conducte), grosimea celor
două piese la locul de îmbinare trebuie să fie practic egale
După poziţionarea corectă a celor două piese, acestea se vor fixa mecanic între ele
prin şuruburi gusee sudate, ce trec prin cordonul de sudură, astfel încât să permită
debitarea pieselor în timpul sudării.
Ca material de adaus se vor folosi electrozii indicaţi în proiect pentru sudarea oţelului
carbon şi slab pliat înainte de folosire, vor fi încălzite la 180-2200 C cel puţin o oră,
pentru a se aduce umiditatea învelişului la o valoare mai mică de 0,5%.
Montaj
Montajul instalaţiei se va executa numai în prezenţa proiectantului, care va stabili şi
ordinea asamblării elementelor instalaţiei, în funcţie de posibilităţile tehnologice ale
beneficiarului
La montarea conductelor se execută o preasamblare. În timpul asamblării acestora,
se verifică prezenţa tuturor debitelor, calitatea acestora şi prezenţa tuturor organelor
auxiliare.
Conductele trebuie să prezinte o etanşeitate maximă a tuturor asamblărilor.
Montarea îmbinărilor cu flanşe se execută păstrând paralelismul acestora. Verificarea
paralelelismului se execută făcând diferenţa dintre dimensiunile maximă şi minimă
măsurate la două puncte opuse.
Pe latura exterioară a fiecărui dispozitiv de închidere – reglaj se trasează semne
care să marcheze poziţia elementului de închidere.
Conductele se fixează pe suporturi fixe. Suporturile fixe se plasează la intrarea
conductelor în mecanism, astfel cât să nu apară eforturi suplimentare în mecanisme.
După terminarea montării se verifică să se îndepărteze eventualele obiecte uitate în
instalaţie, se curăţă totul de rugină.
Control şi verificare
Controlul se face pe tot parcursul fabricaţiei, de la introducerea materialelor în lucru
şi până la livrarea de către organele CTC ale executantului .
Se va verifica în mod deosebit ca ansamblurile ce se realizează la executant şi
celelalte elemente procurate de la alte întreprinderii să respecte prescripţiile termice
impuse prin proiect, standarde şi normele de produs.
Controlul calităţii sudurilor se realizează în trei etape:
- Controlul calităţii materialului ce intră în procesul de sudare
- Controlul în timpul sudării: se urmăreşte ca valoarea parametrilor de
sudare să se încadreze în prescripţiile de sudare
- Controlul nedistructiv al îmbinării sudate, care cuprinde controlul vizual
şi controlul dimensional, se face folosind lupa şi şublerul pentru sudură.
Se recomandă ca toate sudurile executate să fie controlate cu var şi petrol (se
ung sudurile în exterior cu var, iar în interior cu petrol; la locul defectului, petrolul iese la
suprafaţă şi pătează varul)
Probe şi recepţie
Instalaţia va fi supusă unei probe hidraulice şi de etanşeitate la parametrii
menţionaţi mai jos cu respectarea normelor de protecţie a muncii şi tehnica securităţii.
Agentul folosit la proba de etanşeitate este aerul din mediul ambiant. Se închid
gurile de vizitare şi de acces şi se pune în funcţiune ventilatorul de aer. După circa 5
minute de la pornirea ventilatorului se aruncă în traiectul controlat praf de cretă şi se
aşteaptă până când acesta parcurge întreg circuitul. Se procedează apoi la examinarea
instalaţiei şi se remediază defectele.
După efectuarea încercării de probă de etanşeitate, se refac circuitele.
Protecţie, Ambalare, Depozitare
Protecţia şi ambalarea părţilor componente ale instalaţiei se face de
întreprinderea constructoare, corespunzător cu modul şi perioada de transport.
Suprafeţele exterioare, cu excepţia porţiunilor prelucrate ale flanşelor, se vor
proteja cu două straturi de grund anticoroziv.
Suprafeţele de etanşare şi suprafeţele filetate se protejează cu unsoare U-100
STAS 562-80.
În timpul transportului şi al depozitării, toate racordurile se vor obtura cu flanşe
oarbe, în aşa fel încât interiorul părţilor componente ale instalaţiei să nu vină în contact
cu atmosfera.
La ambalare şi transport se va avea deosebită grijă ca racordurile şi piesele
componente să fie bine protejate conform categoriei „B”.
Livrare şi garanţii
Părţile componente ale instalaţiei se livrează, conform documentaţiei de
execuţie, împreună cu un set de garnituri nefolosite la încercările de etenşeitate.
Părţile componente şi instalaţia în ansamblu se garantează de către
întreprinderea constructoare pe perioada şi în condiţiile prevăzute în contractul încheiat
cu beneficiarul.
Menţiuni speciale
Întreprinderea constructoare are datoria să aducă la cunoştinţa proiectantului
orice nepotrivire constatată, atât pe parcursul execuţiei, cât şi în faza de pregătire a
lucrărilor.
Orice modificare adusă proiectului în afară de cele specificate în prezentul Caiet
de sarcini trebuie să aibă acordul scris al proiectantului, lipsa acestui acord disolvă pe
proiectant de orice răspundere.
Prezenta instalaţie are caracter de unicat.
II. ELABORARE MODEL EXPERIMENTAL INSTALATIE INSUFLARE HRG IN FAZA DE PREPARARE A PRAFULUI DE COMBUSTIBIL SOLID UTILZAT LA CAZANELE DE ABUR (P1+CO)
2.1 Participaţia HRG la prepararea şi arderea prafului de cărbune.
Caracteristicile HRG
Sub denumirea HRG este cunoscut un gaz îmbogăţit în hidrogen, obţinut din
electoliza apei.
HRG este un amestec de atomi şi radicali (H, OH, O, HO2) de hidrogen şi oxigen,
cu un grad mărit de reactivitate, care prin adsorbţie, difuzează la particulele de praf de
cărbune, contribuie la reducerea emisiilor poluante în gazele de ardere evacuate.
HRG este un gaz incolor, care are densitatea 0,503 kg/m3, masa moleculară 12,3
kg/kmol, temperatura de autoaprindere 591-6050C, limitele de inflamabilitate 7,3-100%.
Instalaţia pentru prepararea HRG este amplasată în zona cazanului UPB la o
distanţă de cca 4-5 m de acesta. Instalaţia ocupă o suprafaţă de cca 1,5 m2, cu
înălţimea de cca 1 m şi are două echipamente principale în dotare una pentru
alimentarea cu energie electrică şi alta pentru producerea gazului.
Instalaţia de producere HRG are următoarele caracteristici:
- tensiune alimentare cu energie electrică - 3x380 V
- curent maxim electroliză – 20 A
- putere maximă consumată la capacitatea maximă de HRG – 17 kW
- capacitatea maximă de producţie HRG 4,5 m3N/h la 250C
- presiunea de evacuare HRG – 2,5 bar
- calitatea apei demineralizată pentru producerea HRG –max 2µs/cm.
Starea gazoasă a HRG este starea de agregare a materiei cele mai simple. Ea
corespunde dezordinei perfecte a părţilor componente.
HRG poate fi considerat la nivel macrostatic dependent de cele patru variabile
care definesc starea de gaz: cantitatea de materie, volumul, presiunea şi temperatura.
Gazul poate fi recunoscut prin mişcare (curent, miros sau culoare). Cantitatea de
gaz nu are un volum definit, ea ocupă totdeauna volumul care i se oferă )interiorul
conductei de praf de cărbune, spaţiul amenajat în interiorul conductei, după separatorul
morii, sau interiorul ambrazurii arzătorului). Putem vorbi însă de un volum de gaz în
anumite condiţii de temperatură şi de presiune, de exemplu la 00C şi 1 atm., 10 g de
hidrogen ocupă 0,112 m3 (sau 112 l).
Se poate concluziona că o masă dată de gaz ocupă un volum dat, la o
temperatură dată şi la o presiune bine determinată.
Ecuaţia de stare a gazelor perfecte se exprimă prin relaţia:
RTnVP ⋅=⋅
unde exprimat în unităţi S.I: P=presiunea în Pa; V=volumul în m3; n=cantitatea de
materie în moli ; R=constanta gazelor egală cu 8,314 j, mol-1; k-1; T=temperatura
termodinamică în grade Kelvin (K).
HRG reprezintă un amestec de gaze la care presiunea totală sub care se găseşte
este suma contribuţiei datorată fiecărui constituient denumit presiune parţială. Presiunea
totală este suma presiunii parţiale a tuturor componentelor (legea lui dalton).
Presiunea parţială a unui gaz în amestec mai poate fi definită ca presiunea care
ar exista dacă acest gaz ar ocupa singură acelaşi volum ca şi amestecul (temperatura
fiind aceeaşi în cele două cazuri).
Teoretic, presiunea parţială a componentelor HRG se exprimă prin relaţia:
iitt
i PyPnniP == ,
unde t
ii n
ny = este fracţia molară a componentului i în amestec de gazos.
HRG face parte din categoria gazelor reale, care se îndepărtează de
caracteristicile gazului perfect.
Într-un gaz real volumul care verifică legea gazelor perfecteeste un volum inferior
volumului aparent şi reprezintă adevăratul volum al spaţiului liber între molecule.
Presiunea care se valorifică este o presiune superioară a celei observate.
Van Der Waals a propus în 1873 o ecuaţie de stare care descrie comportarea
gazelor reale:
( ) nRTbVVaP =−
+ 2
unde a şi b sunt termeni constanţi caracteristici fiecărui gaz. Termenul b este denumit
covolum, el reprezintă volumul propriu al ansamblului moleculelor. Se observă că b
creşte normal cu volumul moleculelor.
Se constată o bună corespondenţă între a şi b creşte normal cu volumul
moleculelor. Se constată o bună corespondenţă între a şi b şi factorii care contribuie la a
creea interacţiunea între molecule.
Condiţiile fizice în care gazele reale vor avea un compartiment apropiat de acela
al gazelor perfecte sunt:
- masa molară este uşoară, iar moleculele nepolarizate sunt uşor
polarizate;
- un volum mare oferit unui gaz şi deci presiune mică;
Astfel moleculele sunt foarte distante unele de altele şi interacţiunea lor este
redusă. Se poate spune că dacă în ecuaţia Van Der Waals, V este mare, termenul a/V2
devine neglijabil faţă de termenul p1 şi b. Se tinde spre relaţia PV=nRT adică spre
comportarea de gaz perfect.
- temperatura se îndepărtează de temperatura de condensaţie;
Forţele implicate în adsorbţia fizică a gazelor sunt forţe de slabă intensitate,
cunoscută şi sub denumirea de forţe Van Der Waals exprimate sub forma generală:
( ) RTbVVaP )2 −
+
unde a este o constantă care caracterizează amplitudinea forţelor de atracţie a
moleculelor, iar b este covolum care arată existenţa unei limite de compatibilitate a
gazulzui impusă de mărimea moleculelor; el reprezintă volumul propriu al ansamblului
moleculelor.
Cele două mărimi a şi b sunt termeni constanţi caracteristici fiecărui gaz. Se
observă că b creşte normal cu volumul moleculelor. Se poate observa o bună
corespondenţă între valorile a şi b şi factorii care contribuie la a creea interacţiunea între
molecule.
2.2. Modele de calcul in teoria cinetică a gazelor Teoria cinetică descrie un gaz ca un mediu constituit din particule (atomi,
molecule, radicali, etc.) cu următoarele caracteristici:
- foarte îndepărtate unele de altele în raport cu propria lor dimensiune;
- se deplasează continuu la mare viteză şi în linie dreaptă,
- intră frecvent în coliziune, fie între ele, fie cu pereţii (pereţii canalului
sau pereţii particulelor de praf) care le limitează volumul de gaz (aceste
sarcini sunt la originea presiunii exercitate de gaz pe aceşti pereţi).
Deoarece particulele de gaz sunt în mişcare, ele posedă o energie cinetică E=1/2
m V2, m şi V reprezentând masa respectiv viteza particulelor. Această energie cinetică
variază continuu, sub efectul sarcinilor care se produc la contactul între ele sau cu alte
corpuri.
Pentru ansamblul acestor particule avem o energie cinetică medie: 22/1 VmE = ; 2V fiind media pătratului acestor viteze.
Valoarea energiei cineticemedii depinde în mod special de temperatură, conform
relaţiei: 2/3=E KT, unde K este constanta lui Boltzmann ( 1231038066,1 −− ⋅⋅= KjK ).
Aceasta dă o definiţie nouă temperaturii şi dă la valoarea de zero sensul
temperaturii la care mişcarea particulelor de gaz (agitaţia termică) încetează, este zero
absolut definit de legea Charles.
La o temperatură dată energia cinetică medie a particulelor este aceiaşi pentru
toate gazele. Particulele de gaz diferă prin masa lor; cele mai grele se deplasează mai
ăncet.
Viteza medie pătratică a particulelor este invers proporţională cu rădăcina pătrată
a masei lor, deoarece: 2/12/1
2 32
=
=
mRT
mEV
Viteza medie V are expresia: V = ( ) 2/1/8 mKT π
Câteva valori ale vitezei medii la 2730K:
gaz H2 He O2 Ar 1/ −⋅ smV 1690 1200 425 380
Se observă că vitezele sunt în raport invers proporţional cu rădăcina pătrată a
masei moleculare. Astfel pentru O2(M=32g mol-1) şi H2(M=2g mol-1) ele sunt în raportul
(32/2)1/2 =4.
Particulele se deplasează în linie dreaptă până ce întâlnesc un obstacol şi trebuie
să devieze într-o nouă direcţie. Lungimea traiectoriei rectilinii este variabilă, dar i se
poate atribui o valoare medie definită ca liberul parcurs mediu. Acesta este cu atât mai
mic cu cât frecvenţa şocurilor este mai mare.
La rândul ei frecvenţa şocurilor depinde de numărul de particule pe unitatea de
volum (deci de presiune), temperatura, diametrul particulelor.
Liberul parcurs mediu, la 00C este de ordinul 50mm (5 10-8m) la presiunea de 1
atm., de 1mm la 10-4atm şi de 10 cm la 10-6atm.
La 101325 Pa şi 250C, fiecare particulă are 1010 microni/secundă şi, în acelaşi
timp în 1ml de gaz se produc în total 1029 ciocniri (calculat pentruN2 ).
Particulele nu sunt nişte sfere compacte care se ciocnesc între ele.
Impenetrabilitatea reciprocă între acestea la distanţe foarte scurte între ele, iar
schimbarea direcţiei traiectoriei particulelor se datorează acestor forţe.
Dezvoltarea teoriei cinetice are în vedere şi următoarele:
- volume de gaz la aceeşi presiune şi la aceiaşi temperatură trebuie să
conţină acelaşi număr de particule – legea Avogadro;
- variaţia presiunii în funcţie de volum se justifică cu uşurinţă, dacă
volumul este redus, la jumătate de exemplu. Se vor afla de două ori
mai multe molecule pe unitatea de volum şi de două ori mai multe
ciocniri pe unitatea de suprafaţă şi deci presiunea se dublează;
- varianta presiunii în funcţie de temperatură apre odată cu creşterea
vitezei particulelor şi frecvenţa circuitelor.
Aceste două mărimi variază cu rădăcina pătrată a temperaturii, deci dacă T
devine 2T, presiunea este multiplicată cu 2 , adică se dublează. Presiunea variază
deci proporţional cu temperatura absolută;
- se poate exprima mărimea presiunii plecând de la varianta cantităţii de
mişcare a particulelor, care izbesc pereţii şi frecvenţa ciocnirilor
= 2
21
32 Vm
VnNaP
unde n este cantitatea de gaz, Na este constanta Avogadro, V este volumul şi 2V viteza
medie pătratică a particulelor.
Presiunea apare deci ca un produs al energiei cinetice medii a particulelor, prin
termenul n Na/V care reprezintă numărul de particule pe unitatea de volum.
Pentru o particulă, Em=3/2KT şi deci
KTV
nNaP ⋅=
nRTKTnNaPV =⋅=
2.3. Transportul gazului HRG in cadrul instalatiei pilot. Transportul HRG în conducta de amestec praf de carbon-aer-gaze de ardere se
desfăşoară pe baza diferenţei de presiune )cca 2 bar) care există între presiunea
gazului din conducta de transport de HRG şi presiunea din conducta amestecului de
praf de cărbune.
În interiorul conductei de amestec praf de cărbune sau în arzător, transportul
particulelor de HRG, se face prin difuziune legat de diferenţa de concentraţie, care
apare între cei doi agenţi. Difuziunea HRG în amestecul de gaze şi praf de cărbune este
deci un mijloc de transport de particule datorat diferenţei de concentraţie ce se
efectuează într-un sens, care tinde să anuleze aceste diferenţe, adică de la regiunile
mai concentrate către cele mai puţin concentrate.
Particulele de gaz difuzează individula datorită agitaţiei moleculare şi dacă se
măsoară concentraţia la capătul unui timp mai lung se constată că aceasta s-a
uniformizat.
Această metodă este mai puţin eficace dacă se compară cu alte procedee cum ar
fi conducta termică.
În general transportul apare când un sistem se îndepărtează de la un echilibru de
viscozitate, conducţie termică sau electrică.
Particulele unui fluid izotermic (cazul HRG) se deplasează într-o incintă prin
agitaţie termică.
Transportul particulelor de gaz, din punct de vedere microscopic este dificil de
controlat, deoarece nu se poate interveni asupra caracteristicilor acestora cum ar fi
distribuţia vitezei şi a energiei cinetice.
Cunoaştem că particulele interacţionează prin diferite forţe, iar când acestea
devin libere de a se mişca, aceste interacţiuni sunt responsabile în timpul coliziunilor,
unde este obligatoriu un contact fizic, de schimb de cantitate de mişcare.
HRG este un sistem eterogen, format dintr-un amestec de substanţe (particule
individuale) eventual în interacţiune, care intră în coliziune cu pereţii conductei şi cu
particulele de praf de cărbune.
Ecuatiile coliziunii momentelor individuale ale particulelor nu este necesar sa fie
rezolvate individual. Numărul de ecuaţii care ar trebui rezolvate pentru moleculele unui
cm3 de gaz, la presiunea atmosferică este foarte mare, de ordinul 1020 şi ca atare
calculul coliziunilor se va face după valorile medii ale mărimilor fizice şi se raportează la
mărimile macroscopice, în special la presiune.
Ca contactul HRG cu particulele de praf de cărbune, o cantitate din aceasta se
ataşează la suprafaţa particulelor pentru a forma un strat adsorbit. Particula de cărbune
fiind considerată adsorbant. La acest fenomen de adsorbţie se suprapune o absorbţie
de gaz în interiorul aceleiaşi particule, prin porii acesteia.
La echilibru cantitatea de gaz adsorbit depinde de temperatura, de presiunea
gazului şi de suprafaţa particulei. Pentru o temperatură dată, masa de gaz adsorbită la
presiunea gazului poartă denumirea de izoterma de adsorbţie.
Adsorbanţii cei mai cunoscuţi sunt cei care prezintă o mare porozitate şi deci o
suprafaţă specifică foarte ridicată (suprafaţa pe unitate de masă).
Forţele implicate în adsorbţia gazului sunt forţele slabe Van der Waals care sunt
responsabile de adsorbţia fizică.
2.4. Insuflarea HRG în conducta de aer secundar
În conducta de aer secundar care intră în arzător, admisia gazului se realizează
circular, uniform, în toată secţiunea de curgere a aerului secundar care intră în
ambrazura arzătorului.
2.5. Insuflarea HRG în arzător
Se vor realiza două găuri Φ 18,0mm în placa frontală a arzătorului, prin care se
vor introduce tronsoane de ţeavă. Tronsonul de ţeavă se va blinda la un capăt, iar la
celălalt capăt se vor racorda la conducta de HRG.
La o distanţă de 35mm faţă de capătul blindat se vor realiza 4 găuri de Φ 2
echidistante, la 450 faţă de axa arzătorului.
În limita arzătorului se va monta un colector de ţeavă (Φ 17,2 x 1,8) din care vor
pleca ramificaţiile de ţeavă, care se va introduce în arzător prin găurile realizate în placa
frontală a arzătorului.
2.6. Soluţii de arzătoare pentru arderea prafului de cărbune îmbogăţit cu HRG
Cercetarea experimentală privind reducerea emisiilor de oxizi de sulf prin arderea
prafului de cărbune îmbogăţit cu HRG, se va stabili pe cazanul de apă firbinte de 2 MWt,
pentru trei tipuri de arzătoare cu fante.
Arzătorul cu fante cuprinde un ansamblu de 2-3 fante prin care circulă agentul
primar. Fantele de lungimi diferenţiate sunt amplasate una deasupra celeilalte în zona
centrală a ambrazurii rotunde a focarului.
Spaţiul liber dintre fantele de amestec primar formează canalul de aer secundar.
Arzătoarele cu fante au canale separate pentru aerul secundar şi pentru
amestecul praf-aer primar. Volatizarea prafului de cărbune ca şi aprinderea şi arderea
materiilor volatile pot să aibă loc într-o zonă cu o concentraţie redusă de oxigen,
deoarece această fază se realizează înainte de amestecul cu aerul secundar.
Arderea cu exces redus de aer asigură funcţionarea cu randament ridicat şi cu
emisie redusă de oxizi de sulf şi de azot.
Limitele generale, până la care se poate reduce excesul de aer, sunt condiţionate
de murdărirea şi coroziunea suprafeţelor de schimb de căldură şi arderea incompletă a
prafului de cărbune.
Arzătoarele cu fante, de lungimi diferite asigură zone de ardere cu insuficienţă de
aer şi zone de completarea arderii, cu exces de aer, numite zone secundare.
La toate variantele de arzătoare se va prevede posibilitatea de insuflare a aerului
terţiar rece sau cald direct în focar (în exteriorul arzătorului).
Arzătoarele cu fante realizează arderea stoichiometrică la nivelul de bază a
flăcării, având fante de lungimi diferite, pentru arderea în trepte.
Între fantele de agent primar, în caz de injectare HRG în arzător, se vor introduce
canalele de admisie HRG. Jetul de HRG va fi încadrat de jetul de agent primar în cadrul
geometriei de ansamblu a flăcării în focar.
Această geometrie urmăreşte ridicarea performanţelor de aprindere şi de ardere
a prafului de cărbune.
Selectarea modului de insuflare HRG şi a tipului de arzător are în vedere
realizarea procesului de ardere cu un randament bun, cu un control satisfăcător al
acestuia şi cu un conţinut redus de oxizi de sulf.
Pe parcursul probelor de ardere cu HRG se va experimenta renunţarea la
utilizarea gazului natural de susţinerea flăcării de cărbune pulverizat.
Construcţia arzătoarelor permite dezvoltarea arderii în trepte cu o penetrare mai
accentuată în focar a jeturilor inferioare.
În funcţie de rezultatele testelor experimentale se va decide fiecărei soluţii de
injectare HRG, eficacitatea şi varianta de arzător din punctul de vedere a performanţei
de ardere şi de reducerea emisiei de oxid de sulf.
2.7. Descrierea instalatiei experimentale A fost realizat un reactor din otel inox, de tip autoclava, ale carui caracteristici function
ale sunt prezentate in continuare:
Reactanti: Gaz/Lichid/Solid, Vapor/Lichid/Solid
Reacţii caracteristice:
Studii privind hidrogenarea si hidro-lichfiera hidrocarburilor de origine petroliera, si
testarea diversilor catalitizatori folositi in aceste procese
Experimentari privind tratarea in atmosfera gazoasa a combustibilior solizi
Cosul catalizatorului: de tip plasa, pentru catalizator solid, sub forma de extrudat
cilindric sau sferic. Reprezinta un avantaj daca acest cos este de tip „cinetic” cu miscare
de rotatie in jurul axei sale.
Descrieire sita cos faza solida: retea de 14x14 gauri realizat din fir metalic de 0.020”
(0.51 mm) si ochiuri cu deschiderea de 0.051” (1.3 mm)
Volumul cosului: min. 30 cm3....40 cm3
Volumul liber: 250 cm3….1000 cm3
Presiunea maxima permisa de lucru: 350 bar… 360 bar @ 340ºC…350ºC
Agitator: antrenare cu cuplaj magnetic
Viteza maxima de rotatie: 1500 rpm…1900 rpm
Sistem de incalzire: prin manta exterioara de incalzire electrica, asistata
Material standard: 316 otel inoxidabil
Tensiune de alimentare: 220 V … 230 V Controlul Reactorului: Control de temperatura de tip PID
Controlul temperaturii maxime admise cu posibilitatea sau nu a opririi incalzirii la
depasirea acesteia
Controlul in curent continuu a motorului de antrenare
Bucla deschisa de reglare si control a turatiei motorului cu indicarea digitala a acesteia.
In figura 2.1. este prezentata schema de curgere a curentilor gazului bogat in hidrogen
peste particulele de carbune, determinate de configuratia interioara a cosului rotitor al
reactorului experimental.
Figura 2.1.
Reactorul de tip autoclava este introdus intr-o instalatie experimentala special realizata
pentru aceste experimente.
Schema de principiu a instalatiei este prezentata in Fig 2.2.
Fig. 2.2. Schema instalatiei experimentale pentru tratarea catalitica a carbunilor
Dupa tratarea izoterma a carbunilor realizata in autoclava, gazul rezultat este
analizat intr-un sistem de cromatografe de tip Varian.
In fotografiile urmatoare este prezentat standul de experimentare echipat atat cu
autoclava, cat si cu sistem de monitorizare cu Gaz Cromatograf a compozitiei gazului
HRG inainte si dupa tratarea carbunelui.
Autoclava Mahoney - Robinson
Cromatografe Varian
Gazul bogat in hidrogen se introduce direct din rezervorul generatorului, prezentat in
etapa anterioara, realizandu-se astfel o atmosfera cu amestec de hidrogen si oxigen
deasupra combsutibilului solid ce urmeaza a fi tratat.
Caracteristicile functionale ale sistemului de monitorizare cu Gaz Cromatograf a
compoziţiei gazului bogat in Hidrogen, inainte si dupa tratarea carbunilor sunt:
Cuptor coloane:
Volum: minim 15.5 L
7 zone incalzite independent:
- Cuptor pentru coloane capilare si coloane cu umplutura, in care se poata instala mai
multe coloane;
- Domeniul de temperatura: de la ambient +4oC la 450ºC, programabil;
(99ºC la 450ºC cu optiunea criogenica, N2 lichid);
(65ºC la 450ºC cu optiunea criogenica, CO2 lichid);
- Rezolutie: 1ºC;
- Disponibile minim 7 rampe si 8 paliere izoterme per metoda;
- Viteza maxima de incalzire 100ºC /min pe fiecare rampa;
- Timp scurt de racire: 4,5 minute de la 400ºC la 50ºC;
- zona cuptoare pentru injectoare/valve, in numar de 3;
- Domeniul de temperatura: de la 50ºC la 450ºC;
- Rezolutie: 1ºC;
- Zona cuptoare pentru detectoare in numar de 3.
- Domeniu de temperatura: de la 50ºC la 450ºC;
- Rezolutie: 1ºC;
- Sistemul are un dispozitiv de protectie la supraincalzire, permitand presetarea de catre
utilizator a unei temperaturi maxim admise pentru fiecare zona.
Pneumatica electronica asigura controlul tuturor gazelor prin intermediul a 3 controlere
electronice de presiune/debit pentru gazul purtator (de injectie) si 3 controlere
electronice de debit pentru:
- Gazul purtator – Ar sau He,
- Debitele (ratele) de splitare,
- Debitele gazelor aferente ale detectoarelor (FID si TCD) respectiv pentru gazele
de ardere si make-up pentru FID si gaze de referinte pentru TCD
Sistemul are posibilitatea compensarii variatiilor de temperatura si presiune ambientala,
prin controlul electronic a gazului purtator prin programe de presiune pe 7 rampe,
precum si testarea etanseitatii liniilor de prelevare.
Sistemul de calcul intern asigura:
- Controlul total al instrumentului de la claviatură proprie sau interfaţa catre un PC;
- Monitorizarea continua a tuturor parametrilor instrumentului;
- Generare de coduri de eroare si a metodelor de depanare in cazul defectiunilor;
- Testarea integritatii functionale a sistemului in secvente de autotestare;
- Memorarea metodelor de lucru;
- Monitorizarea temporara in functie de ceasul intern a funcţionarii sistemului;
- Trei iesiri de date independente in format analogic corespunzatoare detectoarelor;
- Tot sistemul de control este plasat intr-un termostat cu temperatura fixa (60oC) pentru
a se asigura imunitatea la parametrii de mediu.
Configuratia standard include:
- Pneumatica incalzita ce asigura independenta fata de variatiile de temperatura sau
presiune;
- Display LCD cu 11 linii, 35 caractere pe linie;
- Claviatura etansa;
- Metode stocate in memorie CMOS, pana la max 8;
- Metode analitice stocate in computer, in numar nelimitat;
- Placa External Event pentru comanda accesoriilor sincron cu programul cromatografic
(de exemplu valve sau sisteme de comutare).
Sistemul de cromatografe mai are in componenta si:
Filtru de oxigen pentru inlaturarea oxigenului din gazul purtator
Filtru de umiditate pentru inlaturarea umiditatii din gazul purtator
Unitate de conectare filtre de 1/8”
Cuptor pentru termostatare valve necesar pentru asigurarea reproductibilitatii, conditiilor
de injectie gaze. Temperatura ansamblului este controlată de Gaz Cromatograf pe
intervalul 50ºC-220ºC;
Control electronic al presiunii gazului purtător
Valva cu trei cai (V4), pentru controlul admisiei probei in sistem. Comutarea valvei este
controlată de cromatograf.
Valva automata de injecţie/ back-flush cu 10 porturi din Hasteloy inert pentru H2S.
Comutarea valvei este controlată de cromatograf.
Valvă automată de injecţie cu 6 porturi din Hasteloy inerta pentru H2S, pentru realizarea
separării pe coloane de sită moleculară
Restrictor (NV1), pentru compensarea rezistentei hidraulice a coloanei in modul back-
flush
Coloana Cromatografica Hayesep T 80-100 m, 0.5m, 1/8” Ni
Coloana Cromatografica Hayesep Q 80-100 m, 0.5m, 1/8” Ni
Coloana Cromatografica Molsieve 13X 80-100m, 1.5m, 1/8” SS
