Studiul privind producerea,transportul și utilizarea energiei termice sub formă de abur la o fabrică de hârtie [309970]

_______________________UNIVERSITATEA TEHNICĂ________________________

[anonimizat]-NAPOCA

FACULTATEA DE MECANICĂ

SPECIALIZAREA: M.E.T.

[anonimizat] o fabrică de hârtie

Conducător Absolvent: [anonimizat]

2017

MINISTERUL EDUCAȚIEI NAȚIONALE

_______________________UNIVERSITATEA TEHNICĂ________________________

[anonimizat]-NAPOCA

FACULTATEA DE MECANICĂ

DEPARTAMENTUL: INGINERIE MECANICĂ

LUCRARE DE DISERTAȚIE

Numele și prenumele absolvent: [anonimizat] : ȘTEFAN VASILE

Secția și forma de învățământ : MANAGEMENTUL ENERFIEI TERMICE

Tema lucrării de disertație: [anonimizat] o fabrică de hîrtie

Locul de documentare: Biblioteca Facultății de Mecanică Cluj și S.C. Pehart TEC S.A. Petrești

Conducătorul lucrării : șef lucrări dr. ing. IOAN CĂLDARE

Consultanți de specialitate: conf. dr. ing. [anonimizat]. [anonimizat].

Data primirii temei : 10 noiembrie 2015

Data predării : 30 iunie 2017

CONDUCĂTOR ȘTIINȚIFIC: ABSOLVENT: [anonimizat]

_______________________UNIVERSITATEA TEHNICĂ________________________

[anonimizat]-NAPOCA

FACULTATEA DE MECANICĂ

DEPARTAMENTUL: INGINERIE MECANICĂ

Fișa absolvent: [anonimizat] 2017

MINISTERUL EDUCAȚIEI NAȚIONALE

_______________________UNIVERSITATEA TEHNICĂ________________________

[anonimizat]-NAPOCA

FACULTATEA DE MECANICĂ

DEPARTAMENTUL: INGINERIE MECANICĂ

Sesiunea: iulie 2017

[anonimizat] : [anonimizat] o fabrică de hârtie

Elaborat de absolvent: [anonimizat]:

…………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………

Perioada de documentare și pregătire a proiectului:

…………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………

Aspecte pozitive:

…………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………

Aspecte negative:

………………………………………………………………………………………………………..

………………………………………………………………………………………………..

Contribuții personale ale autorului

…………………………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………………

Posibilități de valorificare a proiectului:

..……………………………………………………………..…………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………

Se propune admiterea / respingerea proiectului pentru susținere publică.

Conducător : șef lucrări dr. ing. Ioan CĂLDARE

MINISTERUL EDUCAȚIEI NAȚIONALE

_______________________UNIVERSITATEA TEHNICĂ________________________

[anonimizat]/[anonimizat] C.I. seria AX nr. 567962, CNP [anonimizat] autorul lucrării: [anonimizat]rgiei termice sub formă de abur la o fabrică de hârtie, elaborată în vederea susținerii examenului de finalizare a studiilor de masterat la Facultatea de Mecanică, Specializarea M.E.T. din cadrul Universității Tehnice din Cluj-Napoca, sesiunea iunie a anului universitar 2016-2017, declar pe proprie răspundere, că această lucrare este rezultatul propriei activități intelectuale, pe baza cercetărilor mele și pe baza informațiilor obținute din surse care au fost citate, în textul lucrării, și în bibliografie.

Declar, că această lucrare nu conține porțiuni plagiate, iar sursele bibliografice au fost folosite cu respectarea legislației române și a convențiilor internaționale privind drepturile de autor.

Declar, de asemenea, că aceasta lucrare nu a mai fost prezentată în fața unei alte comisii de examen de licență/diplomă/disertație.

De asemenea, declar că sunt de acord ca lucrarea de disertație să fie verificată prin orice modalitate legală pentru confirmarea originalității, consimțind inclusiv la introducerea conținutului său într-o bază de date în acest scop.

În cazul constatării ulterioare a unor declarații false, voi suporta sancțiunile administrative, respectiv, anularea examenului de disertație.

Lucrarea conține: 49 pagini, 4 tabele, 4 schițe și diagrame. Anexa cu desene conține:2 formate A3.

Proiectul are anexate și: 1 CD/DVD

Data Nume, prenume

ȘTEFAN, VASILE

30.06.2017

Cuprins

1. Noțiuni introductive ……………………………………………………………… 8

1.1. Noțiuni teoretice ……………………………………………………………… 8

2. Producerea aburului …………………………………………………………… 11

3. Procese de vaporizare…………………………………………………………… 13

3.1. Diagrame de vapori………………………………………………………… 13

4. Automatizarea cazanelor ……………………………………………………… 16

4.1. Reglarea automată a procesului de ardere ……………………………….. 16

4.2. Mărimile reglate ale procesului de ardere ………………………………… 16

4.2.1. Reglarea presiunii aburului …………………………………………… 16

4.2.2. Reglarea raportului aer/combustibil …………………………………. 17

4.2.3. Reglarea depresiunii în focar ………………………………………….. 18

4.2.4. Reglarea automată a alimentării cu apă ………………………………. 19

4.2.5. Semnalizarea și protecția cazanelor …………………………………… 20

4.2.6. Performanțele reglării automate a cazanelor de abur …………………21

5. Centrala termică ………………………………………………………………….. 22

5.1. Schema instalației ……………………………………………………………. 22

5.2. Cazanul centralei …………………………………………………………….. 23

5.3. Mașina de fabricat hârtie ……………………………………………………. 24

5.4. Instalația pentru recuperarea condensului ………………………………… 25

6. Recuperarea condensului ………………………………………………………… 26

6.1. Condensul ……………………………………………………………………. 26

6.2. Variante de modernizare a instalației ……………………………………… 27

7. Modernizarea rețelelor de transport și distribuție a energiei termice ………… 31

7.1. Avantajele conductelor preizolate ……………………………………………31

7.2. Standarde pentru conducte …………………………………………………. 32

7.3. Montarea conductelor preizolate …………………………………………… 33

7.4. Supravegherea rețelei ……………………………………………………….. 41

7.5. Avantaje de cost ……………………………………………………………… 42

7.6. Alterarea proprietăților izolației PUR de-a lungul timpului ……………… 43

7.7. Emisiile de CO2 ………………………………………………………………. 44

7.8. Costurile pe întreaga durată de viață ………………………………………. 44

8. Concluzii ………………………………………………………………………….. 46

Bibliografie …………………………………………………………………………….. 49

1.Noțiuni introductive

1.1.Noțiuni teoretice

Pentu producerea aburului,în centrala termică avem nevoie de cazane de abur, numite și generatoare de abur.

Generatorul de abur reprezintă un corp complex de instalații care realizează transformarea energiei chimice a combustibililor în căldură, sub formă de apă caldă, apă fierbinte, abur saturat sau abur supraîncălzit pe care o furnizează unor consumatori: consumatori casnici (încălzirea locuințelor și a apei calde menajere), consumatori industriali (producerea de abur, apă fierbinte).

Aceste cazane fac parte din categoria cazanelor ignitubulare, construite pe orizontală. La cazanele convective ignitubulare, gazele de ardere circulă în interiorul țevilor, iar agentul termic secundar în exteriorul lor, aceste cazane sunt cu volum mare de apa comparativ cu cele acvatubulare, la care agentul termic secundar circulă în interiorul țevilor iar gazele de ardere în exterior.

Importanța aparatelor și generatoarelor termice

Importanța instalațiilor termice, și implicit a aparatelor și generatoarelor termice, care sunt componentele lor de funcționare de bază, rezultă imediat dacă ne gândim că circa 70-80% din consumul actual de energie îl reprezintă energia termică. Contribuția energiei termice la producția energiei electrice este esențială, fie că este vorba de combustibilii folosiți sau de filiera nucleară pe bază de fisiune.

Ca și componente funcționale principale, aparatele termice trebuie să realizeze parametrii tehnico-economici și de fiabilitate ridicată în condițiile unor solicitări deosebit de severe. Aceasta impune o bună cunoaștere a aparatelor termice de către cei care le proiectează sau construiesc, dar și de către cei care le utilizează.

Nu trebuie uitat faptul că efectele proceselor de ardere din instalațiile termice de încălzire, energetice, ca și din transporturi, atârnă foarte greu în balanța poluării actuale a mediului.

Aburul

Aburul poate fii: – abur saturat umed

– abur saturat uscat

– abur supraîncălzit

Aburul saturat umed

Aburul saturat umed este aburul care mai este încă în contact cu apa din care a provenit (aburul din cazan) și care mai conține picături de apă.

Titlul aburului este cantitatea de abur uscat în kg conținut într-un kg de abur umed, se notează cu x.

Umiditatea aburului este cantitatea de apă în kg conținută într-un kg de abur umed și este egală cu 1-x.

Aburul saturat uscat

Aburul saturat uscat este aburul care nu mai conține picături de apă. Aburul saturat umed este trecut printr-un separator de picături aflat în partea superioară a cazanului și devine abur saturat uscat.

Aburul saturat uscat are titlul x=1 și umiditatea egală cu 0.

Aburul supraîncălzit

Aburul supraîncălzit este aburul care provine din aburul saturat umed care este trecut printr-un separator de picături și apoi printr-un supraîncălzitor unde i se ridică temperatura, de la temperatura pe care o are în cazan, la 250-600oC, presiunea rămânând aceeași.

Aburul supraîncălzit prezintă următoarele avantaje:

posedă, la aceeași presiune, o temperatură mai mare;

un m3 de abur supraîncălzit cântărește mai puțin decât un m3 de abur saturat la aceeași presiune;

procedura de lucru mecanic în mașini sau turbine cu abur este mai ieftină decât cu abur saturat;

conține mai multă căldură și se poate transporta la distanțe mai mari, fără riscul de a se condensa ușor.

Se folosește ca abur tehnologic, dar mai ales ca abur energetic, la turbinele ce produc curent electric.

2.Producerea aburului

Producerea aburului se face în centrala termică cu ajutorul unui cazan de abur.

Cazanul este alimentat cu gaz metan de la rețeaua de gaz printr-o conductă la capătul căreia este situat arzătorul.

Aerul de amestec este introdus în focar cu ajutorul unui ventilator prin tabulatura acestuia. După ce se obține o concentrație optimă aer-combustibil, în focar are loc arderea. Din focar fumurile de combustibil traversează tuburile care formează sistemul de convecție și care sunt la rândul lor cufundate în apa din cazan.

Capacitatea cazanului fiind mare, reușește să-și mențină prestațiile stabile, chiar în cazul unor variații de încărcătură.

Cazanul funcționează în regim de circulație naturală, admisia apei se face prin intermediul unui sistem de tuburi de distribuție și se amestecă cu apa saturată din interiorul cazanului. Procesul de evaporare are loc odată ce apa atinge pereții calzi ai focarului și tuburilor de convecție. Aburul se adună în camera de abur, situată deasupra suprafeței apei. De aici aburul trece printr-un separator de umiditate cu diafragme multiple ca apoi, aburul saturat și uscat, să fie disponibil pentru folosire.

Fig.2.1. Generatorul de abur ICI CALDAE, [1]

Generatorul a fost construit din materiale de calitate, îmbinările sunt executate prin sudarea subacvatică cu arc și reluate în interiorul cazanului după pregătirea marginilor. Tuburile de fum sunt sudate și mandrinate pentru a spori siguranța utilajului. Pentru a evita coroziunea sau supraîncălzirea locală a suprafețelor de schimb de căldură, calitatea apei de admisie, a apei de cazan trebuie să fie optimă. Dacă apa nu corespunde parametrilor recomandați poate provoca apariția unor fenomene chimice (oxigen dizolvat, pH necorespunzător) sau formarea unor depozite izolante de calcar care împiedică răcirea suprafețelor.

Pentru a îmbunătăți calitatea apei de cazan, la nivelul tamburului, ca și la nivelul colectorilor inferiori, se practică operațiunea de purjare.

Purjarea reprezintă operațiunea de extragere a unei părți din debitul de apă din cazan, din acele zone unde concentrația de săruri este mai ridicată. Purjarea se face la tamburul cazanului cu circulație de la suprafața de separație dintre apă și abur. Purja va fi la saturație și va avea un mare conținut de căldură.

Debitul de purjare este de 2-4% din debitul nominal al cazanului în funcție de locul din care are loc prelevarea apei din cazan. Purjarea poate fi:

– purjarea continuă (care se face la tambur);

– purjarea intermitentă (care se face la colectorii inferiori)

3.Procese de vaporizare

3.1.Diagrame de vapori

Fig.3.1. Curbele limită și domeniile de vapori în diagrama p-v, [3]

Vaporizarea este procesul de trecere a substanței din stare lichidă în stare de vapori.

În diagramă se observă că cele două curbe de saturație,se unesc în punctul K(punctul critic).În punctul critic vaporizarea se produce brusc,deci substanța trece din stare lichidă în stare de vapori fără creșterea volumului specific. În stanga curbei limita inferioară (x=0) se găsește domeniul de lichid. Între curba limita inferioară (x=0) si curba limita superioară (x=1), se găsește domeniul vaporilor umezi (bifazici) iar la dreapta curbei limita superioară (x=1) și pentru presiunile supracritice la dreapta izobarei critice T=, se găsește domeniul vaporilor supraîncălziți.

Fig. 3.2. Diagrama T-s a vaporilor, [3]

Este reprezentată diagrama T-s a vaporilor de apă afișată de CoolPack, având avantajul că permite evaluarea cantității de căldură schimbată în transformările termodinamice. Pentru toate substanțele, alura curbei de lichid saturat, este asemănătoare cu cea prezentată în figura de mai sus, dar curba de vapori saturați uscați se obține adăugînd la curba lichidului saturat, segmente orizontale de lungime rv/Ts, unde rv este căldura latentă de vaporizare, care depinde de natura substanței, iar Ts este temperatura de saturație, deci alura curbei limită superioară, diferă de la o substanță la alta. Pentru unele substanțe, cum este apa, alura este cea prezentată în figura de mai sus, iar pentru altele, cum sunt de exemplu unele hidrocarburi, concavitatea poate să fie în jos, deci curbele limită nu sunt pentru orice substanță simetrice, ca în cazul apei.

Fig. 3.3. Diagrama h-s pentru apă, [3]

În domeniul de vapori umezi, sunt reprezentate curbele de titlu constant. Izotermele sunt drepte orizontale pe tot câmpul diagramei, iar izentropele, deci adiabatele reversibile sunt drepte vertical. Se observă că în domeniul vaporilor umezi, unde izobarele sunt drepte orizontale, fiind și izoterme, izocorele sunt curbe având concavitatea în jos. Pe diagramă mai sunt reprezentate curbele de entalpie constantă, care corespund proceselor de laminare adiabatică. Unul din avantajele utilizării diagramelor termodinamice din programul CoolPack, este acela că pentru citirea parametrilor termodinamici, se poate utiliza cursorul programului, iar în starea reprezentată de cursor, valorile parametrilor termodinamici sunt afișate în partea inferioară a diagramei. Astfel sunt mult simplificate procesele de citire a parametrilor termodinamici din diagramă.

4.Automatizarea cazanelor de abur

Cazanele sunt echipamente destinate producerii aburului la parametrii ceruți de consumator.

În centrala termică avem un cazan cu circulație natuală,circulația apei prin țevile fierbătoare se face în mod natural,datorită diferenței dintre greutățile specifice ale apei,și a amestecului apa-abur.

Pentru a produce abur tehnologic de bună calitate ,și pentru un randament cât mai bun al instalației avem nevoie de următoarele operațiuni:

4.1. Reglarea automată a procesului de ardere

Producerea unei anumite cantități de abur se face prin arderea unei cantități de combustibil în focarul cazanului. Pentru aceasta trebuie să se asigure o cantitate de aer, care să asigure un randament optim al cazanului din punct de vedere al procesului de ardere.

4.2. Mărimile reglate ale procesului de ardere

Mărimile reglate ale procesului de ardere sunt:

-presiunea aburului (reglarea sarcini);

– raportul aer/combustibil (reglarea combustiei);

– depresiunea în focar (reglarea debitului de gaze de ardere);

– reglarea automata a alimentarii cu apa.

4.2.1.Reglarea presiunii aburului

Presiunea aburului este parametrul care sesizează cel mai bine dezechilibrul dintre debitul de abur produs de cazan și cel cerut de consumator.Când cerința de abur este mai mare intră în functiune un regulator principal (RP) care elaborează un semnal XF, numit și semnal de intensitate a focului,transmis regulatorului de sarcină termică (RST) al cazanului. RST va comanda fie debitul de combustibil (B),fie debitul de aer (A),sau în anumite situații, în paralel debitele A și B.

Fig.4.2.2.1. Reglarea presiunii aburului, [4]

4.2.2.Reglarea raportului aer/combustibil

Corelația dintre debitul de combustibil și debitul de aer determină randamentul cazanului. Pentru diverse sarcini ale cazanului, randamentul optim al cazanului diferă. Debitul de aer real este diferit de cel teoretic printr-un coeficient de exces de aer α , coeficient ce este dependent de sarcina cazanului. Menținerea unui randament optim constant al cazanului depinde de α , care la rândul lui, depinde de debitul de abur D, și implicit de debitul de combustibil B. Pentru situația în care cazanul funcționează în regim de bază (sarcină fixă, D=ct.), raportul aer/combustibil sau aer/abur este constant și, implicit, excesul de aer este menținut constant pentru un randament optim. La o sarcină variabilă ar fi necesar să se modifice coeficientul de exces de aer pentru a avea un randament maxim optim. O combustie bună presupune și o cantitate minimă de gaze nearse sau un anumit procent de oxigen în gazele de ardere. Dacă analizăm, de exemplu conținutul de oxigen în gazele de ardere, putem controla combustia în focarul cazanului. Rezultă astfel două modalități de reglare a raportului aer/combustibil :

– metoda indirectă (un raport aer/combustibil constant) – metoda directă, care constă în urmărirea procentului de oxigen în gazele de ardere.

Pentru cazane cu gaz metan

Fig. 4.2.2.2. Reglarea raportului aer/ combustibil, [4]

4.2.3.Reglarea depresiunii în focar

Prin arderea combustibilului în focarul cazanului se produc gazele de ardere și, pentru a asigura o ardere optimă, este absolut necesar să se evacueze la coș aceste gaze arse. Evacuarea lor este dictată de depresiunea în focarul cazanului. Astfel mărimea reglată va fi depresiunea în partea superioară a focarului și mărime de execuție, debitul de gaze arse.

Fig.4.2.3.1. Reglarea depresiunii in focar, [4]

Se utilizează regulatorul de gaze de ardere RG pentru menținerea constantă a depresiunii în focar prin măsurarea acestei presiuni. Eruarea cu care trebuie reglată depresiunea este foarte mică.

4.2.4.Reglarea automată a alimentării cu apă

Asigurarea alimentării cazanului cu apă, în mod continuu, este necesară pentru a evita rămânerea fără apă a țevilor vaporizatoare, ceea ce ar conduce la arderea acestora. Astfel, este necesar să se regleze debitul de apă de alimentare a cazanului. SRA-ul alimentării cu apă a cazanului de abur este destinat menținerii între limitele prescrise a nivelului apei în tamburul cazanului.

Nivelul apei în tambur, ca parametru reglat, poate fi influențat de debitul de apă de alimentare și de debitul de abur cerut de consumator. Pe lângă aceste perturbații principale, mai pot să apară, în anumite situații ca mărimi perturbatoare dar cu influență mai mică: debitul de apă purjată, temperatura apei de alimentare, debitul de gaze de ardere ce trec prin economizor. La o perturbație a apei de alimentare, comportamentul tamburului diferă în funcție de tipul economizorului. Dacă economizorul este de tip fierbător, introducerea unei cantități de apă mai rece decât cea din tambur duce la scăderea numărului de bule de aer din emulsie și în realitate efectul perturbației va fi resimțit cu o oarecare întârziere. În cazul economizorului nefierbător temperatura scăzută a apei ce se introduce determină o scădere drastică a bulelor de aer în apă și, ca urmare în primele momente are loc o scădere a nivelului apei în tambur. Ca mărime de execuție se folosește debitul de apă de alimentare ce poate fi modificat fie prin modificarea poziției ventilului de reglare al cazanului, fie prin modificarea turației pompelor de alimentare.

Fig. 4.2.4.1. Reglarea automată a alimentării cu apa, [4]

4.2.5.Semnalizarea și protecția cazanelor

În timpul regimurilor de pornire/oprire, precum și în timpul funcționării cazanelor, trebuie evitate avariile cauzate fie de defectări ale instalației sau ale dispozitivelor de automatizare, fie de manevre greșite ale personalului de exploatare. Astfel, exploatarea cazanelor cu personal redus impune luarea unor măsuri de siguranță în exploatarea lor. Dispozitivele de protecție ale cazanelor au ca scop sesizarea apariției unor regimuri necorespunzătoare de funcționare și intervenția automată pentru oprirea cazanului sau scăderea sarcinii. Oprirea automată a cazanului înseamnă închiderea automată, bruscă a alimentării cu combustibil. Instalația de protecție automată permite:

– oprirea cazanului;

– reducerea sarcinii;

– restabilirea regimului de funcționare.

Schema de protecție depinde de condițiile tehnologice ale tipului de cazan, însă se pot prevedea, de exemplu, următoarele condiții care au ca rezultat oprirea cazanului .

1. la creșterea presiunii apei în cazan peste limita superioară I se impune reducerea sarcinii cazanului prin scoaterea din funcție a unui număr de arzătoare;

2. la creșterea presiunii peste limita superioară II se impune oprirea automată a cazanului;

3. la creșterea nivelului apei în tambur peste limita superioară I se deschid automat ventilele de purjare de la tamburul și supraîncălzitorul cazanului pentru a nu trimite abur în tambur;

4. la creșterea nivelului peste limita superioară II, care prezintă pericolul de pătrundere a apei în turbină, sau la scăderea nivelului apei sub limita inferioară, care poate conduce la arderea țevilor fierbătoare, se oprește automat cazanul;

5. la scăderea presiunii gazului metan sau al păcurii înainte de arzătoare se oprește brusc cazanul;

6. la ieșirea din funcțiune a ambelor ventilatoare de evacuare a gazelor de ardere se oprește automat cazanul;

7. la lipsa tensiunii mai mult de 4-6 secunde, timp în care lucrează fără succes instalația de anclanșare automată, se oprește automat cazanul;

8. la creșterea presiunii în focar peste o anumită limită, ce poate provoca spargerea țevilor fierbătoare în cazan, se oprește cazanul cu o temporizare de cca. 60 de secunde.

4.2.6.Performanțele reglării automate a cazanelor de abur

În cazul realizării reglării automate a cazanelor de abur este necesar să se precizeze performanțele obținute prin introducerea automatizării și intervalul de sarcinii cazanului în care reglarea automată este garantată. Astfel, în funcție de sarcina cazanului, între minimul tehnologic și 100%, toleranțele instalațiilor de automatizare pot fi:

– pentru presiunea aburului la ieșirea din cazan intre0.5-4.0 % din presiunea nominală;

– pentru conținutul de oxigen în gazele de ardere 0.2-1.0 %O2;

– pentru depresiunea în focar între 0.4-2.0 mmCA

– pentru nivelul în tambur 2-10 cm.

5. Centrala termica

5.1.Schema instalației

Fig.5.1.1. Schema instalatiei

1. Filtru mecanic cu cuarț 12. Manometru

2. Filtru impurități 13. Presostate

3. Instalația de dedurizare 14. Panou electric

4.Nivela degazorului (Sticla de nivel a degazorului) 15. Sticle de nivel

5. Degazorul 16. Nivostat (butoiaș cu sonde)

6. Aerisire 17. Robinet pentru apă

7. Scurgerea degazorului 18. Pompe de alimentare a cazanului

8. Robinet termosensibil 19. Clapeta de reținere

9. Utilizatorul (proces tehnologic) 20. Racord pentru cos de fum

10. Supape de siguranța 21. Arzător

11 .Robinet pentru abur 22. Scurgere cazan

23. Generatorul de abur

5.2.Cazanul centralei

Fig. 5.2.1. Cazanul centralei, [5]

Arzător 8 – Coș

Tub de flacără 9 – Tambur

Șamotare 10 – Supapă de siguranță

Cutie întoarcere spate 11 – Indicator de nivel

Fierbător convectiv I 12 – Conductă de abur

Cutie întoarcere față 13 – Alimentare cu apă

7-Fierbător convectiv II

5.3.Masina de fabricat hârtie

Fig 5.3.1. Mașina de fabricat hârtie

1 – cuvă celuloză 8 – hotă partea uscată

2 – dozator celuloză 9 – cilindru mașinii

3 – valț 10 – bobină de hârtie

4 – postav port celuloză 11 – valț intermediar

5 – hotă partea umedă 12 – conductă aer comprimat

6 – aer cald de la arzătoare 13 – șabăr

7 – conductă abur

5.4.Instalația pentru recuperarea condensului

Fig.5.4.1.Instalația pentru recuperarea condensului

1 – conductă pentru recuperarea condensului de la mașina de fabricat hârtie

2 – rezervor de colectare a condensului

3 – nivelul condensului în rezervor

4 – electroventil

5 – pompe pentru trimiterea condensului la centrala termică

6 – conductă pentru condens spre centrala termică

6. Recuperarea condensatului

6.1. Condensatul

Condensatul este apa provenită prin răcirea aburului. Condensatul trebuie recuperat și folosit integral deoarece este cea mai bună apă pentru alimentarea cazanului întrucât:

– are temperatura ridicată, care ridică temperatura apei de adaos și micșorează consumul de combustibil (mărește randamentul);

– micșorează consumul de apă de adaos tratată;

– nu conține săruri minerale, deci nu depune piatră.

In centrala termică, aburul este produs în cazanul de abur, și trimis în continuare într-un distribuitor. Din acest distribuitor aburul este trimis la consumator(mașina de fabricat hârtie). Aburul saturat uscat cu temperatura de C intră în cilindrul mașinii de fabricat hârtie, încălzește pereții acestuia, când ajunge la temperatura dorită pornește banda transportoare a mașinii care aduce amestecul de celuloză și apă spre cilindru. Când acest amestec intră în contact cu pereții calzi ai cilindrului se produce transferul de căldură între cele două corpuri astfel încât amestecul se transformă în hârtie care este trimisă de banda transportoare pe un tambur unde se înfășoară formându-se o bobina, iar aburul din cilindrul mașinii de fabricat hârtie după ce a cedat căldura se transformă în condensate. Acest condensat este trimis într-un rezervor de colectare prevăzut cu 2 pompe și sistem de automatizare. Când nivelul condensatului ajunge la 50% din volumul rezervorului pornește o pompă care trimite condensatul la centrala termică în degazor, iar când volumul rezervorului ajunge la 20% pompa se oprește. În cazul în care la mașina de fabricat hârtie se lucrează intens volumul de condens trimis în rezervor crește, iar dacă o singură pompa nu face față și se ajunge la 65% din volumul rezervorului, pornește automat și cea de a doua pompă.

Condensatul are o temperatură de C iar temperatura apei de alimentare a cazanului din degazor este de 90oC – C.

Când condensatul intră în contact cu apa din degazor, aceasta se încălzește mai mult decât valoarea setată la sistemul de automatizare al cazanului. Pentru a menține temperatura constantă a apei în degazor, sistemul de automatizare dă comanda pompelor de alimentare cu apa de rețea trimițând apa rece în degazor ,pentru a se ajunge la temperatura setată în degazor.

Datorită diferenței de temperatură foarte mare între condensat și apa de la rețea, în interiorul degazorului se produc socuri hidraulice (lovituri de berbec).

Pentru functionarea in bune condiții pe termen lung a instalației aceste șocuri trebuie eliminate pe cât posibil.

6.2. Variante de modernizare a instalației.

1. S-a construit o structură metalică pe care s-au montat două bazine suprapuse.Bazinul de jos pentru acumularea apei din rețea după ce este trecută printr-un filtru cu cuarț pentru eliminarea nămolului și impurităților, apoi prin instalația de dedurizare, iar bazinul de sus este degazorul cazanului din care este alimentat cazanul cu ajutorul pompelor de alimentare..

Condensatul trimis de la mașina de fabricat hârtie spre centrala termică, înainte de a fi introdus în degazor trece printr-un schimbător de căldură cu plăci. Condensul fiind agentul termic primar (încălzitor), iar agentul termic secundar apa de la rețea depozitată în bazinul de jos.

În schimbătorul de căldură cu placi se face transferul de căldură între cele două fluide. Condensul cedează căldura apei de alimentare, după care intră în degazor. Apa de alimentare după ce trece prin schimbătorul de căldură primește căldura și se încălzește.

Fig.6.2.1. Degazorul centralei si recipientul pentru acumulare a apei din retea

Degazorul si bazinul de depozitare a apei de alimentare sunt prevazute cu doua pompe, cu ajutorul cărora apa din bazine este recirculată pentru a se menține o temperatură constantă în toată masa fluidului.

Cu ajutorul acestui schimbător de căldură în degazor se menține o temperatură de C – C după intrarea condensatului.

Când nivelul apei din degazor scade este completat cu apa din bazinul de jos (de alimentare).Această apa fiind încălzită de condensatul recuperate în schimbătorul de căldură, când intră în contact cu apa din degazor nu se mai produc socuri hidraululice, deoarece diferența de temperatură dintre cele două fluide este mai mică.

Fig.6.2.2. Schimbător de căldură cu plăci

De la cazanul de abur avem o conductă care comunică cu degazorul. Pe aceasta conductă este montat un ventil termosensibil. Când temperatura apei din degazor scade datorită alimentării cu apa din bazinul de jos,ventilul se deschide și este introdus abur în degazor. Temperatura aburului fiind foarte mare C apa din degazor ajunge ușor la temperatura dorită (C – C),după care sistemul de automatizare dă comanda electroventilului să se închidă.

După această metodă de modernizare instalația funcționează în bune condiții pe termen lung fără riscul de deteriorare a instalației ,datorită eliminării șocurilor hidraulice.

2.S-au instalat stații de automatizare locală PXC. Aceste stații sunt destinate instalațiilor de încălzire, ventilație, instalațiilor de distribuție a aburului și în instalațiile electrice, și sunt integrate în sistemul de monitorizare.

Stațiile de automatizare locale pot fi operate cu ajutorul unităților de tip PXM20, atât cu afișajele de tip text cât și grafice. Unitățile operator PXM20, pot fi pentru accesarea oricărei stații locale conectate în sistem.

Fig.6.2.3. Unitate operator de tip PXM20.

Ecranul de definire / modificare a unui program de timp de pe unitatea de operare PXM20,este prezentat în figura de mai jos.

Fig.6.2.4. Afisare, editare program de timp pe unitatea de operare PXM20.

Ecranul de vizualizare a evoluției unui parametru pe unitatea de operare PXM20 este prezentat în figura de mai jos.

Fig.6.2.5. Afisare evolutie parametru pe unitatea de operare PXM20.

S-au montat 3 unități de tip PXM20, în 3 puncte diferite:

-în centrala termică

– la mașina de fabricat hârtie

– în biroul directorului de producție

De la aceste unități PXM20, se poate verifica în orice moment parametrii și avariile apărute în procesul tehnologic la centrala termică și în hala de producție.

Prin introducerea acestor unități se poate monitoriza din oricare din cele 3 puncte funcționarea instalațiilor, iar în cazul unor nereguli în funcționare se poate intervenii la eliminarea acestora fără a se opri procesul tehnologic.

7.Modernizarea rețelelor de transport și distribuție a energiei termice către consumator

Rețelele termice servesc la transportul agenților termici de la centrala termică la consumator.

Înainte de a se pune în aplicare această metodă de modernizare, de înlocuire a circuitului vechi cu conducte preizolate trebuie să se țină seama de următoarele normative: I13 – 02 , ST 02-98, NP 029 – 98, SREN 253 – 97.

Conductele preizolate isoplus se bazează pe o experientă de 35 de ani în rețelele de distribuție a agentului termic.

7.1.Avantajele conductelor preizolate

greutate redusă

protective pe termen lung împotriva coroziunii

reducerea pierderilor de energie datorită spumei PUR

izolare fonică ridicată

durata de viață min.30 ani,conform EN 253

conductivitate termică redusă a materialului izolant

curățare usoară cu ajutorul aburului de înaltă presiune

rezistență la compresiune a mantalei

domeniul de utilizare de la 30oC – 400oC

Conductele cu manta din oțel sunt disponibile până la diametru nominal DN 1200 având grosimea de izolație de la 30 mm până la 130 mm în funcție de temperatura agentului termic. Livrarea se face sub formă de bare de 12 m lungime. La durata de viață de 30 de ani rezistă până la 300oC temperatura de durată,presiunea nominală până la PN 64 bar.

7.2. Standarde pentru conducte

Oțel negru pentru conducte, [6] Tabelul 7.2.1

Oțeluri pentru conducte, [6] Tabelul 7.2.2

Material izolator, [6] Tabelul 7.2.3.

Standarde conducte, [6] Tabelul 7.2.4.

7.3.Montarea conductelor preizolate

Conductele preizolate montate subteran se amplasează direct în sol, sprijinirea fiind uniformă continuă, pe toată lungimea.

Fig.7.3.1. Sistemul de conducte preizolate montate direct in sol, [9]

Sistemul este format din următoarele elemente:

conducta utilă (țeava de oțel)

manta de protecție

un strat de polyuretan aderent la ambele conducte jucând rolul de strat izolant

– în stratul de izolatție există un conductor de cupru care face parte din sistemul de avertizare cu ajutorul căruia se pot identifica rapid cu precizie de 1m eventualele avarii.

Fig.7.3.2.Conducta preizolata, [6]

Coturi pentru conducte preizolate

Coturile conductelor preizolate se execută din țevi trase cu raza de curbura de cel puțin 1,5 x Dn.

Forma coturilor poate fii netedă sau cu pliuri (cute).La diametre mari (în domeniul țevilor sudate), coturile se realizează în construcție rigidă, din segmente îmbinate prin sudare.

Fig.7.3.3. Cot preizolat dublu, [6] Fig.7.3.4 Cot preizolat dublu, [6]

Fig.7.3.5. Reductie preizolata, [6]

Se produc sub formă de piese preizolate, pentru reducerea cu două dimensiuni a diametrelor nominale. Disponibile și în varianta de manta redusă care se livrează fără partea din oțel.

Fig.7.3.6. Ramificație pentru conducte preizolate, [6]

Ramificațiile se produc în funcție de solicitările statice, ca ramificație etajată la 45o sau cu ramificație paralelă. În cazul de aerisiri, goliri se produce ca și ramificație verticală.

Fig.7.3.7. Mufe și izolări locale pentru conducte preizolate, [6]

Izolația durabilă și impermeabilă a îmbinărilor sudate se realizează prin intermediul mufelor (mansoanelor) termocontractabile conform standardului EN 489 pentru conducte preizolate.

Materialu mufei este din polietilenă de înaltă densitate (PEHD) termocontractabilă în cazul diametrului nominal de până la 400mm, sau polietilenă de înaltă densitate termocontractabilă reticulată pentru diametre de peste 400mm.

Fig.7.3.8. Căciulă de capăt , [6] Fig.7.3.9. Inel de etanșare, [6]

Căciula de capăt se utilizează ca protecție împotriva umidității, se montează pe capetele conductelor după ce acestea au pătruns în clădiri. Gama de produse cuprinde varianta simplă, dublă, și varianta cu căciulă de capăt.

Fig.7.3.10. Armături de închidere,golire, aerisire, [6]

Armaturi pentru închidere, golire,aerisire.

Armaturie de închidere sunt disponibile în execuție standard cu trecere redusă, la cerere și cu trecere completă, precum și sub formă de element combinat: ramificație de golire și/ sau aerisire, înclusiv robinet aerisire / golire. Manevra se realizează cu o cheie T sau cu angrenaj special.

Fig.7.3.11. Element de trecere prin perete, [6]

Elementele de trecere prin perete sunt utilizate pentru a împiedica pătrunderea apei prin golurile pentru trecerea conductelor prin cămine, planșee, pereți. Sunt disponibile în varianta piesă de etanșare cu prestitupa, sau în cazul când apa nu este sub presiune mare ,inel de trecere din cauciuc cu etanșare standard.

Elemente pentru preluarea eforturilor provenite din dilatare

alegerea unui traseu al rețelei termice cu schimbări de directive (compensare naturală L sau Z)

compensatoare în forma de U

compensatoare axiale

Fig.7.3.12. Compensator de dilatare în forma de U, [8]

Fig.7.3.13. Compensator de dilatare în forma de L, [8]

Fig.7.3.14. Compensator de dilatare în forma de Z, [8]

Fig.7.3.15. Compensator de dilatare axială, [8]

Conducte preizolate montate direct in sol

Conductele se fixează pe un strat de nisip cu granulația 0,5 – 4mm care depășește cu minim 10cm partea superioară a mantalei de protecție a conductei cu diametrul cel mai mare.

Adâncimea de pozare a conductei preizolate variază în intervalul 0,95m -2,6m în funcție de diametrul conductei. Diferența între nivelul terenului și nivelul stratului de nisip este recomandabil să se situeze între 0,8m – 1,2m. Lățimea șanțului depinde de numărul și diametrul conductelor. Distanța minimă dintre conducte sau între conducte și marginea șanțului variază între 100mm la diametre mici, iar la diametre mai mari 1200 -1300mm distanța între conducte este de până la 900mm.

Fig.7.3.16.Pozarea conductelor in sol, [9]

manta de protecție 4. pământ de umplere

strat de polyuretan 5. panglici de semnalizare

conducta utilă 6. nisip de granulație fină

Îmbinarea conductelor preizolate se realizează prin sudare, inclusiv a coturilor și a ramificațiilor.

În zona coturilor este necesară prevederea unor perne de dilatare realizate în câteva tipuri constructive, în funcție de diametrul conductei.

de tip ,,calaret”

laterale

Fig.7.3.17. Perne de dilatare, [9]

Operațiuni tehnologice de realizare a sistemelor de rețele termice din conducte preizolate

executarea îmbinărilor prin sudură între conducte

realizarea trecerilor prin pereți

executarea ramificațiilor ,coturilor

efectuarea probelor de presiune

executarea izolării conductelor în zonele de îmbinare între elementele componente

acoperirea conductelor cu nisip compactat (10-15cm )

complectarea cu pământ de umplutură

compactarea straturilor succesiv până la nivelul solului

Fig.7.3.18.Sudarea conductelor preizolate, [6]

7.4. Supravegherea rețelei

Spuma PUR, care este utilizată la izolarea conductelor preizolate, are o rezistență electrică foarte mare. Proprietatea fizică conform căreia rezistența electrică scade în prezența umidității, este utilizată în cazul sistemului de alarmă IPS-Analog. În acest mod este măsurată rezistența dintre conductorii de Cu montați în spumă și conducta de oțel.

Stația de măsură IPS-Digital-Cu

Stația de măsură emite un impuls în sistemul de conducte. Acest impuls electric de energie redusă se propagă neperturbat cu o viteza de 137000km/s. În cazul în care a pătruns umiditate ,se modifică impedanța caracteristică a termoizolației. Din durata de timp scursa între momentul emiterii și cel al recepționării reflexiei se calculează locul în care avem defectul. La un număr total de 6000 impulsuri ,IPS – Digital atinge o rezoluție de minim 0,5 m. Localizarea exactă se poate depista chiar și în cazul mai multor defecte simultane. Software-ul IPS – Digital – Cu prelucrează și prezintă datele necesare într-un proces complet automatizat. Toate măsurătorile sunt stocate automat și pot fi evaluate ulterior. La o stație de măsură avem la dispoziție 10km de conductor- senzori ce pot fi supravegheați.

Fig.7.4.1.Stație de măsură IPS Digital Cu, [6]

IPS – Digital – Ni Cr

Acest sistem oferă posibilitatea supravegherii tuturor sistemelor de supraveghere rezistive. Supravegherea și localizarea traseului de conducte se realizează complet automat, după principiul “ divizorului de tensiune”. În cazul apariției umezelii în izolație sau în cazul unui contact sensor – conductă de oțel, sunt localizate atât poziția defectului cât și tipul defectului. Umezeala este localizată cu o precizie de 2% din lungimea de supravegheat. Software-ul IPS-Ni Cr prelucrează și prezintă datele necesare într-un proces complet automat. Toate măsurătorile sunt stocate și pot fi evaluate ulterior. Cu aceste stații se pot supraveghea până la 4,8 Km de conductă. Software-ul IPS Digital recunoaște automat dacă este conectat un apparat de tip Ni Cr sau de tip Cu. Prin acesta este posibilă și supravegherea unui sistem mixt de conductor.

Fig.7.4.2. IPS Digital Ni Cr, [6]

7.5. Avantaje de cost

Prin înlocuirea conductelor vechi cu conducte preizolate cu bariera anti-difuzie se înlatură pierderile de căldură, deci avem un sistem de conducte mai economic. Aceste avantaje ale costului se acumulează pe întreaga durată de viață a instalației, iar diferența este foarte mare.

Fig.7.5.1. Costuri de funcționare pe termen lung, [7]

7.6.Alterarea proprietăților izolației PUR de-a lungul timpului

În situația în care avem un circuit de conducte, de la centrala termică spre hala de producție și retur,cu o temperature de 190oC pe tur si 110oC pe retur, analizăm mai multe tipuri de conducte, cu barieră termică anti-difuzie și fără barieră termică, pentru mai multe dimensiuni, avem următorul exemplu.

Fig.7.6.1. Proprietățile izolației PUR de-a lungul timpului, [7]

7.7.Emisiile de CO2

Emisiile de CO2 sunt considerabil mai mici la conductele produse cu metoda continuă cu izolație de calitate ridicată și prevăzute cu barieră anti-difuzie ,decât la cele produse cu metoda tradițională și fără barieră anti-difuzie.

Fig.7.7.1. Emisiile de CO2, [7]

7.8.Costurile pe întreaga durată de viață

Conductele preizolate au o durată de viață de minim 30 ani la care este asigurată garanția calității de către producător.

La o investiție trebuie să ținem seama de următoarele costuri:

prețul de achiziție al conductei

întreținerea

costul energiei pierdute

costuri de pompare

construcții

Fig.7.8.1. Costuri pe întreaga durată de viață, [7]

8. Concluzii

Pentru elaborarea lucrării de disertație cu titlul “Studiul privind producerea,transportul și utilizarea energiei termice sub formă de abur la o fabrică de hârtie” au fost necesare următoarele capitole:

Capitolul 1. Noțiuni introductive

În acest capitol am arătat importanța instalațiilor termice, și implicit a aparatelor și generatoarelor termice, care sunt componentele lor de funcționare de bază, rezultă imediat dacă ne gândim că circa 70-80% din consumul actual de energie îl reprezintă energia termică. Contribuția energiei termice la producția energiei electrice este esențială.

Capitolul 2. Producerea aburului

Producerea aburului se face în centrala termică cu ajutorul unui cazan de abur.

Cazanul funcționează în regim de circulație naturală, admisia apei se face prin intermediul unui sistem de tuburi de distribuție și se amestecă cu apa saturată din interiorul cazanului. Procesul de evaporare are loc odată ce apa atinge pereții calzi ai focarului și tuburilor de convecție. Aburul se adună în camera de abur, situată deasupra suprafeței apei. De aici aburul trece printr-un separator de umiditate cu diafragme multiple ca apoi, aburul saturat și uscat, să fie disponibil pentru folosire.

Capitolul 3. Procese de vaporizare

În acest capitol avem o diagramă în care sunt reprezentate curbele limită și domeniile de vapori în diagrama p-v, o diagramă T-s a vaporilor, și diagrama h-s pentru apă.

Capitolul 4. Automatizarea cazanelor

Cazanele sunt echipamente destinate producerii aburului la parametrii ceruți de consumator.

Pentru a produce abur tehnologic de bună calitate ,și pentru un randament cât mai bun al instalației avem nevoie de următoarele operațiuni:

– reglarea presiunii aburului (reglarea sarcini);

– reglarea raportul aer/combustibil (reglarea combustiei);

– reglarea depresiunii în focar (reglarea debitului de gaze de ardere);

– reglarea automată a alimentării cu apă.

Capitolul 5. Centrala termică

În acest capitol am prezentet :

– schema instalației

– cazanul centralei

– degazorul

– mașina de fabricat hârtie

– instalația de recuperare a condensului

Capitolul 6. Recuperarea condensului

Condensatul este apa provenită prin răcirea aburului. Condensatul trebuie recuperat și folosit integral deoarece este cea mai bună apă pentru alimentarea cazanului întrucât:

– are temperatura ridicată, care ridică temperatura apei de adaos și micșorează consumul de combustibil (mărește randamentul);

– micșorează consumul de apă de adaos tratată;

– nu conține săruri minerale, deci nu depune piatră.

S-au propus metode de modernizare a instalației,s-au instalat stații de automatizare locală PXC.

Capitolul 7. Modernizarea rețelelor de transport și distribuție a energiei termice

Rețelele termice servesc la transportul agenților termici de la centrala termică la consumator.

Avantajele conductelor preizolate

greutate redusă

protecție pe termen lung împotriva coroziunii

reducerea pierderilor de energie datorită spumei PUR

izolare fonică ridicată

durată de viată min.30 ani,conform EN 253

conductivitate termică redusă a materialului izolant

curățare usoară cu ajutorul aburului de înaltă presiune

rezistentă la compresiune a mantalei

domeniul de utilizare de la 30oC – 400o

Prin înlocuirea conductelor vechi cu conducte preizolate cu barieră anti-difuzie se înlătură pierderile de căldură, deci avem un sistem de conducte mai economic. Aceste avantaje ale costului se acumulează pe întreaga durată de viață a instalației, iar diferența este foarte mare.

Conductele preizolate au o durată de viață de minim 30 ani la care este asigurată garanția calității de către producător.

După implementarea acestor măsuri de modernizare centrala termică funcționează în siguranță,s-au eliminate pierderile de pe rețea,deci este mai eficientă.

Bibliografie

[1]. WWW.calorserv.ro/produse/Instalații-Termicxe-Industriale/Cazane de abur-înaltă-presiune/ici+CALDAE

[2]. WWW.clor.ro/documents/product/52485/73,RO DEG.pdf

[3]. WWW.termo.utcluj.ro/pdf/06 vapori_și_diagrame.pdf

[4]. Shiva.pub.ro/PDF/Termo/CURS 6 PT.pdf

[5]. P.D.Stănescu,N,N,Antonescu,Popescu(Olea) Lelia Letiția,Îndrumător de proiectare cazane,Editura Matrix Rom,București 2006.

[6]. WWW.proidea.ro/isoplus-romania-srl/228574/conducte-isoplus 3431101 a_49_d_4_1383561927198_isoplus_conducte_preizolate_2013.pdf

[7]. https://WWW.logstor.com/media/1862/pipe-tehnology_ro_p_dh.pdf

[8]. WWW.mdrap.ro/userfiles/reglementari/Domeniul_XIV/14_35_NP_029_2002.pdf

[9]. https://WWW.google.ro/search?q= asezarea+conductelor+in+panant& tbo=u &source=univ&sa=X & ved=OahKE9PUAhVMEJoKHdxGB44QsAQIJQ&biw=1366&bih=66

[10]. N. Antonescu, V.Caluianu,Cazane și aparate termice, Editura Didactică și Pedagogică, București 1975