Solutii Tehnice Si Scheme de Cogenerare cu Motoare Termice

CAPITOLUL I

Soluții tehnice și scheme de cogenerare cu motoare termice

Tipuri si caracteristici de motoare termice utilizate pentru cogenerare.

Motoarele cu ardere interna cu piston pot fi clasate in funcție de evoluția fluidului motor in motoare cu piston cu evoluție alternativă sau rotativă (fig.1.1). În prezenta lucrare s-au luat în considerare pentru echiparea CET laborator tipurile de motoare cu ardere interna pe gaz natural, cu piston și mișcare alternativă.

Motoarele termice se împart după mai multe criterii, dintre care se enumeră:

procedeul de aprindere a combustibilului;

durata ciclului;

procedeul de formare a amestecului aer-combustibil;

numărul de curse ale pistonului in care se realizează ciclul motor;

starea de agregare a combustibilului;

numărul de combustibili utilizați;

sensul de rotație;

numărul de cilindri.

Motoarele cu ardere interna se compun din:

mecanismul motor;

ansamblul de sisteme auxiliare;

aparatura de control și automatizare a funcționarii.

Mecanismul motor este format din doua parți:

partea mobilă numită mecanism bielă-manivelă și care cuprinde următoarele organe principale:

– piston;

– bielă;

– axa cu came;

– arbore motor (arbore cotit)

– partea fixă este compusă din cilindrul chiulasei si carter.

Ansamblul de sisteme auxiliare este format din:

sistemul de distribuție;

sistemul de alimentare cu combustibil;

sistemul de aprindere;

sistemul de răcire;

sistemul de ungere;

sistemul de filtrare;

sistemul de pornire;

sistemul de supraalimentare;

Aparatura de control și automatizare este alcătuită din diferite aparate de control pentru măsurarea presiunilor, temperaturilor, turației, etc. precum și bucle de automatizare privind încărcarea în putere, reglarea temperaturii agentului de răcire la intrarea în motor, protecții privind supraturația, temperatura minimă si maximă admisa, etc.

FIG1.1. Secțiune printr-un cilindru cu motor termic

Legenda:

1-piston; 2-canal de admisie; 3-supapă de admisie; 4-supapă de evacuare; 5-canal de evacuare; 6-cilindru; 7-bielă manivelă; 8-arborele cotit; 9-sistem de aprindere

pmi- punct mort inferior; pme- punct mort exterior.

În funcție de ciclul termic după care are loc producerea lucrului mecanic motoarele se pot împărți în:

motor cu aprindere prin scânteie (motor funcționând după ciclul Otto, Beau de Rochas), m.a.s.;

motor cu aprindere prin comprimare (motor funcționând după cilul Diesel), m.a.c.;

motor cu aprindere prin jet de combustibil (motor funcționând după ciclul Sabathe, Seilinger), motor Diesel-Gaz (dual-fuel).

Mărirea puterii care poate fi obținută de un motor se poate face prin folosirea suplimentarii, prin intermediul unor turbosuflante cu turație ridicată, variabilă, ce folosesc gazele de ardere ieșite din motor ca fluid termodinamic de antrenare.

Pentru aceeași putere la cuplă, datorită supraalimentării volumul ocupat de motor scade față de motorul nesupraalimentat cu cca. 23-29%. Toate motoarele folosite pentru cogenerare sunt supraalimentate, datorita avantajelor aduse de supraalimentare.

Motoare cu aprindere prin scânteie.

Motoarele cu aprindere prin scânteie pot funcționa cu doua tipuri de combustibil:

lichid;

gazos.

Motoarele funcționând cu combustibil gazos se numesc motoare termice cu gaz, pe scurt motoare cu gaz. Gazul folosit poate fi gaz metan, gaz de cocserie, gaz de sondă etc.

Motoarele cu aprindere prin scânteie au nevoie ca amestecul aer-combustibil să fie pregătit într-un echipament special înainte de a intra în piston, numit sistem de carburație. Arderea amestecului combustibil se realizează în momentul în care acesta a fost comprimat, pistonul ajungând în punctual motor (mort) superior.

Procesul de aprindere este declanșat de o bujie, amorsarea făcându-se datorită unei scântei electrice produsa de aceasta.

Motoarele cu gaz se împart în funcție de excesul de aer cu care funcționează in două mari categorii:

motoare cu gaz cu amestec bogat (motoare standard) cu α=1,2~1,3;

motoare cu amestec sărac (lern burn) cu α>1,5.

Caracteristicile unei mașini sunt date mai jos:

alezaj (diametrul interior al cilindrului);

cursa (deplasarea pistonului între PMI si PMS);

cilindreea (volumul total al cilindrilor);

numărul de supape;

configurația cilindrilor;

raportul de compresie;

sensul de rotație;

turația;

viteza medie a pistonului;

puterea medie pe cilindru;

presiunea medie efectivă;

dispoziția cilindrilor;

supraalimentarea;

indice de metan (pentru motoare cu gaz) / cifră octanică (pentru motoarele cu combustibil).

Motoare cu aprindere prin comprimare.

Motoarele cu aprindere prin comprimare diferă de motoarele cu prindere prin scânteie prin faptul că nu mai este necesara prezenta carburatorului și nici a bujiei care să amorseze procesul de ardere.

Motoarele diesel se împart în două mari categorii:

motoare diesel lente;

motoare diesel rapide.

Principiul motorului cu prindere prin comprimare este autoaprinderea combustibilului prin atingerea parametrilor critici ai acestora. Compresia aerului se realizează în cilindru, in apropierea punctului mort inferior, apărând injecția combustibilului. Acesta se dispersează în masa aerului aflat la presiune si temperatură ridicată, producând explozia amestecului cu ardere instantanee în toată masa.

Avantajele motorului cu aprindere prin comprimare fata de motorul cu aprindere prin scânteie sunt:

randament mi bun;

pericol de incendiu, de explozie redus;

permite folosirea unui combustibil mai ieftin, mai greu volatile;

nu apar zone moarte si nici front de flacără.

Dezavantajele motorului cu aprindere prin comprimare este acela că în combustibilul folosit se găsește sulf, ceea ce presupune măsuri pentru îndepărtarea SO2 produs în timpul arderii.

Motoare cu aprindere prin jet de combustibil.

Sunt folosite pentru minimizarea costului combustibilului, deoarece utilizează atât un combustibil gazos cât și unul lichid. Elementele de construcție funcționare îmbină cele doua tipuri de motoare descrise anterior. Motoarele cu aprindere prin jet de combustibil au carburator, pentru realizarea amestecului aer-gaz, dar nu au bujie aprinderea făcându-se prin injecția combustibilului lichid. Acest motor necesită un grad de automatizare mai avansat pentru că procesul de funcționare este mai complicat. Caracteristicile tehnice de funcționare sunt identice cu cele ale motoarelor anterior descrise.

1.5.Analiza tehnică a soluției de cogenerare cu motoare termice.

Ciclul motoarelor termice folosite pentru cogenerare se deosebește de ciclul clasic de cogenerare cu turbine prin următoarele:

pe parcursul ciclului de producere a lucrului mecanic, agentul de lucru nu își schimbă starea de agregare;

producerea energiei termice se realizează cu schimbătoare recuperative;

se considera că în cazul recuperării de căldura din gazele de ardere, nu toată căldura poate fi recuperată;

existența recuperatorului de căldură pe traseul gazelor de ardere introduce o cădere suplimentară de presiune ce va influența lucrul mecanic produs de motor. Puterea motorului poate scădea cu cca. 1 -1,5%.

Analiza soluției de cogenerare utilizând motoare termice se face in funcție de tipul motorului, respectiv după tipul ciclului după care acesta va funcționa. În proiectul de față s-a luat în considerare motoare de cogenerare cu aprindere prin scânteie, pe combustibil gazos si supraalimentare cu turbosuflantă (fig.1.2).

Fig 1.2. Schema centralei cu motor termic si cazan de vârf folosită pentru încălzire.

Legenda:

S1- schimbător recuperator de înaltă temperatură;

S2- schimbător de echilibru;

S3- schimbător recuperator de joasă temperatură;

S4- schimbător încălzire apă caldă;

SR- schimbător recuperator a căldurii gazelor de ardere;

CV- cazan de vârf.

Sistemul se folosește și ca sistem de rezerve electric pentru ca în cazul în care dispare alimentarea din rețea, compresorul se poate debranșa, motorul termic rămânând să acționeze generatorul electric ce se poate încărca foarte repede.

1.6. Analiza termodinamică. Randamente. Analiza energetică.

Motoarele termice funcționează după diverse cicluri termodinamice ce diferă intre ele în funcție de natura evoluției procesului de transmitere a căldurii ciclului motor.

Procesele de ardere pot fi:

izocor (ciclul Beau de Rochas, Otto) → motoare cu aprindere prin scânteie;

izobar (ciclul Diesel) → motoare cu aprindere prin comprimare;

mixt – izobar și izocor (ciclul Sabathe, Selinger) → ciclul după care funcționează motorul dual-fuel.

Fig.1.3. Diagramele entropice de stare p-V și T-s pentru arderea izocoră

Fig.1.4. Diagramele entropice de stare p-V și T-s pentru arderea izobară

Fig.1.5. Diagramele entropice de stare p-V și T-s pentru arderea mixtă

Pentru ciclul teoretic, procesele desfășurate în cilindru sunt următoarele:

a-c → proces de comprimare (transformare adiabatică);

c-y → arderea combustibilului (transformare izocoră);

c-y’ → arderea combustibilului (transformare izobară); pentru motoarele DUAL-FUEL punctul ”y” este punctul de începere a injecției de combustibil lichid.

yb / y’b → destinderea gazelor (transformare adiabată);

ba → evacuarea gazelor de ardere (transformare izocoră).

În cazul ciclului real apare suplimentar faptul că, după fiecare ciclu, agentul termic va fi evacuat din motor, fiind înlocuit de un nou amestec aer-combustibil sau aer (închiderea ciclului se face practic prin atmosferă, prin preluarea aceluiași combustibil și aceluiași volum la fiecare ciclu).

Ipotezele referitoare la fluidul motor pentru ciclul teoretic:

este un agent perfect;

are compoziția invariabilă.

Ipoteze referitoare la ciclul în cazul ciclului teoretic:

masa fluidului este invariabilă pe ciclu;

procesul de ardere este înlocuit cu un transfer de căldură de la sursa caldă;

cedarea de căldură către sursa rece este instantanee(evacuare din motor);

comprimarea și destinderea sunt adiabate – izentrope;

aspirația / evacuarea au loc fără apariția laminării;

evacuarea liberă a gazelor de ardere este răcire izocoră;

Principalele mărimi care apar in cazul ciclului teoretic sunt următoarele:

raportul de comprimare

(1.1)

unde s-a notat cu:

Va – volumul maxim ocupat de fluidul motor(la sfârșitul fazei de aspirație);

Vc – volumul minim ocupat de fluidul motor (la sfârșitul fazei de compresie).

raportul de creștere a presiunii (pentru procesul izocor de ardere);

(1.2)

unde:

py – presiunea în punctul y ;

pc – presiunea în punctul c.

raportul de destindere prealabilă;

(1.3)

unde:

Vy’ – volumul ocupat de fluidul motor in punctul y’;

Vc – volumul ocupat de fluidul motor în punctul c.

Pentru toate cazurile se va considera exponentul adiabatic egal cu 1,4 (cel al aerului, considerat gaz perfect).

Cantitatea de căldura primită de ciclu este dată de o ecuație de forma:

; (1.4)

unde:

m – masa fluidului motor;

cx – căldura specifică medie;

Tc – temperatură medie de evacuare;

Ti – temperatură medie de intrare;

x – parametru ce rămâne constant in timpul arderii.

Pentru procesele izocore de ardere:

; (1.5)

Pentru procesul izobar de ardere:

; (1.6)

Pentru procesul mixt de ardere:

; (1.7)

Expresiile căldurilor evacuate din ciclu vor fi date de următoarele ecuații:

Pentru procesul de ardere izocor:

; (1.8)

Pentru procesul izobar de ardere:

; (1.9)

Pentru transferul mixt de transfer de căldură:

; (1.10)

Randamentul termic este:

(1.11)

Pentru ciclul cu introducere izobară a căldurii randamentul este:

(1.12)

Pentru ciclul cu introducere izobară a căldurii randamentul este:

(1.13)

Pentru ciclul cu introducere mixtă a căldurii randamentul este:

(1.14)

In cazul ciclurilor termodinamice randamentul nu depinde de agentul termic introdus si nici de excesul de aer.

Temperatura medie superioară se definește ca temperatura medie de proces de introducere de energie din ciclu.

; (1.15)

unde:

ΔS – variația de entropie în timpul mperatură;

S2- schimbător de echilibru;

S3- schimbător recuperator de joasă temperatură;

S4- schimbător încălzire apă caldă;

SR- schimbător recuperator a căldurii gazelor de ardere;

CV- cazan de vârf.

Sistemul se folosește și ca sistem de rezerve electric pentru ca în cazul în care dispare alimentarea din rețea, compresorul se poate debranșa, motorul termic rămânând să acționeze generatorul electric ce se poate încărca foarte repede.

1.6. Analiza termodinamică. Randamente. Analiza energetică.

Motoarele termice funcționează după diverse cicluri termodinamice ce diferă intre ele în funcție de natura evoluției procesului de transmitere a căldurii ciclului motor.

Procesele de ardere pot fi:

izocor (ciclul Beau de Rochas, Otto) → motoare cu aprindere prin scânteie;

izobar (ciclul Diesel) → motoare cu aprindere prin comprimare;

mixt – izobar și izocor (ciclul Sabathe, Selinger) → ciclul după care funcționează motorul dual-fuel.

Fig.1.3. Diagramele entropice de stare p-V și T-s pentru arderea izocoră

Fig.1.4. Diagramele entropice de stare p-V și T-s pentru arderea izobară

Fig.1.5. Diagramele entropice de stare p-V și T-s pentru arderea mixtă

Pentru ciclul teoretic, procesele desfășurate în cilindru sunt următoarele:

a-c → proces de comprimare (transformare adiabatică);

c-y → arderea combustibilului (transformare izocoră);

c-y’ → arderea combustibilului (transformare izobară); pentru motoarele DUAL-FUEL punctul ”y” este punctul de începere a injecției de combustibil lichid.

yb / y’b → destinderea gazelor (transformare adiabată);

ba → evacuarea gazelor de ardere (transformare izocoră).

În cazul ciclului real apare suplimentar faptul că, după fiecare ciclu, agentul termic va fi evacuat din motor, fiind înlocuit de un nou amestec aer-combustibil sau aer (închiderea ciclului se face practic prin atmosferă, prin preluarea aceluiași combustibil și aceluiași volum la fiecare ciclu).

Ipotezele referitoare la fluidul motor pentru ciclul teoretic:

este un agent perfect;

are compoziția invariabilă.

Ipoteze referitoare la ciclul în cazul ciclului teoretic:

masa fluidului este invariabilă pe ciclu;

procesul de ardere este înlocuit cu un transfer de căldură de la sursa caldă;

cedarea de căldură către sursa rece este instantanee(evacuare din motor);

comprimarea și destinderea sunt adiabate – izentrope;

aspirația / evacuarea au loc fără apariția laminării;

evacuarea liberă a gazelor de ardere este răcire izocoră;

Principalele mărimi care apar in cazul ciclului teoretic sunt următoarele:

raportul de comprimare

(1.1)

unde s-a notat cu:

Va – volumul maxim ocupat de fluidul motor(la sfârșitul fazei de aspirație);

Vc – volumul minim ocupat de fluidul motor (la sfârșitul fazei de compresie).

raportul de creștere a presiunii (pentru procesul izocor de ardere);

(1.2)

unde:

py – presiunea în punctul y ;

pc – presiunea în punctul c.

raportul de destindere prealabilă;

(1.3)

unde:

Vy’ – volumul ocupat de fluidul motor in punctul y’;

Vc – volumul ocupat de fluidul motor în punctul c.

Pentru toate cazurile se va considera exponentul adiabatic egal cu 1,4 (cel al aerului, considerat gaz perfect).

Cantitatea de căldura primită de ciclu este dată de o ecuație de forma:

; (1.4)

unde:

m – masa fluidului motor;

cx – căldura specifică medie;

Tc – temperatură medie de evacuare;

Ti – temperatură medie de intrare;

x – parametru ce rămâne constant in timpul arderii.

Pentru procesele izocore de ardere:

; (1.5)

Pentru procesul izobar de ardere:

; (1.6)

Pentru procesul mixt de ardere:

; (1.7)

Expresiile căldurilor evacuate din ciclu vor fi date de următoarele ecuații:

Pentru procesul de ardere izocor:

; (1.8)

Pentru procesul izobar de ardere:

; (1.9)

Pentru transferul mixt de transfer de căldură:

; (1.10)

Randamentul termic este:

(1.11)

Pentru ciclul cu introducere izobară a căldurii randamentul este:

(1.12)

Pentru ciclul cu introducere izobară a căldurii randamentul este:

(1.13)

Pentru ciclul cu introducere mixtă a căldurii randamentul este:

(1.14)

In cazul ciclurilor termodinamice randamentul nu depinde de agentul termic introdus si nici de excesul de aer.

Temperatura medie superioară se definește ca temperatura medie de proces de introducere de energie din ciclu.

; (1.15)

unde:

ΔS – variația de entropie în timpul procesului de transfer de căldură la sursa caldă.

(1.16)

unde:

ηex – randament exergetic;

T0 – temperatura mediului ambiant.

Pentru ciclul cu introducere izocoră a căldurii este:

(1.17)

(1.18)

Pentru ciclul cu introducere izobară a căldurii este:

(1.19)

(1.20)

Pentru ciclul cu introducere mixtă a căldurii este:

(1.21)

(1.22)

Se definește randamentul corectat al ciclului motorului termic:

(1.23)

unde:

Pr – puterea obținută intr-un ciclu real;

ηr = ηt*ηc;

ηc – raportul dintre randamentul ciclului teoretic si al celui real.

Randamentul mecanic al motorului:

(1.24)

(1.25)

unde:

Pe – puterea la bornele generatorului acționat de motorul termic.

Randamentul global al grupului motor termic-generator electric va fi:

(1.26)

1.7. Indicatori tehnici caracteristici soluției de cogenerare cu motoare termice.

Randamentul termic total:

(1.27)

unde:

Pe – puterea electrică;

Qt – cantitatea de căldură livrată consumatorilor;

Qcb – cantitatea de căldură introdusă de combustibil;

Qapa – cantitatea de căldură recuperată din apa de răcire;

Qg – cantitatea de căldură recuperată din gazele de ardere.

Randamentul încălzirii:

(1.28)

În cazul folosirii unui cazan de vârf randamentul total devine:

(1.29)

unde:

QCET – cantitatea totală de căldură livrată de centrală;

QCAF – cantitatea totală de căldură livrată de CAF;

QcbCAF – cantitatea de căldură introdusă ca energie cu combustibilul în CAF.

La motoarele termice apare o recuperare parțială a căldurii din gazele de ardere:

; (1.30)

unde:

Tev – temperatura gazelor de ardere la evacuarea din motor;

T – temperatura gazelor de ardere la ieșirea din recuperator.

; (1.31)

Dacă cg = constant, atunci:

(1.32)

unde:

x – grad de recuperare a căldurii din gazele de ardere.

Din analiza relațiilor (a randamentului încălzirii, a celui electric și a cogenerării) se va observa că în urma motoarelor termice vor rezulta următoarele observații:

randamentul termic total va crește pe măsură ce crește randmentul producerii energiei electrice de către motorul termic și va apare o mai mare recuperare a căldurii provenite din răcire si gaze de ardere;

mărimea gradului de recuperare va duce la o creștere parțială a cantității de căldură posibilă de a fi livrată consumatorilor, pentru că o altă cotă de căldură se va obține din răciri tehnologice.

1.8. Indici de termoficare

(1.33)

unde:

Pt – putere produsă în termoficare;

qt – căldură produsă în termoficare;

(1.34)

unde:

; (r – coeficient de recuperare pentru un anumit motor) (1.35)

pentru x = 1 va rezult:

(1.36)

Din relațiile 1.34 și 1.36 rezulta:

(1.37)

(1.38)

unde:

z- indice de structura

CAPITOLUL II

PREZENTAREA GENERALA A CENTRALEI ELECTRICE DE TERMOFICARE- LABORATOR

2.1. Funcțiile principalelor categorii de instalații din CET-Laborator

Centrala electrică de termoficare (CET) reprezintă un complex de instalații care au ca scop transformarea unei forme primare de energie, în cazul nostru energia chimică a combustibilului, in forme finale de energie termică si electrică pe care le furnizează consumatorilor. Lanțul principalelor transformări energetice care au loc în CET este prezentat principial în figura 2.1.

Fig.2.1. Lanțul transformărilor energetice în CET-Laborator

In cazul CET-Laborator, combustibilul de baza îl reprezintă gazele naturale, care prin ardere în cazane energetice se transformă în energie termică. Căldura astfel degajată prin ardere este preluată de apa de alimentare a cazanului care se vaporizează si în continuare aburul se supraîncălzește. Aburul supraîncălzit se destinde în turbine obținându-se astfel lucrul mecanic util. In turbogenerator energia mecanică este transformată în energie electrică prin efect electromagnetic. Pentru alimentarea cu căldură a consumatorilor se folosește energia unei părți din abur a cărui destindere în turbină se face parțial (abur extras la prize). Restul aburului se destinde total până în apropierea presiunii de saturație corespunzătoare temperaturii apei de răcire, se condensează în condensator, iar căldura preluată de apa de răcire este disipată la nivel coborât de temperatură în mediul ambiant.

O altă categorie de instalații ale CET-Laborator realizează modificări ale parametrilor unora dintre formele lanțului de transformări energetice. Acest rol îl au transformatoarele electrice și respectiv stațiile de reducere-răcire a aburului. Alte instalații importante folosite pentru modificarea parametrilor energetici in CET-Laborator sunt cele intercalate pe circuitul apă-abur care închide ciclul Rankine prin degazor, cazan, turbină și condensator. Astfel după schimbarea stării de agregare a purtătorului de energie în condensator are loc în continuare ridicarea presiunii si temperaturii condensatului prin pompele de alimentare si preîncălzitoarele regenerative, ajungând la parametrii necesari alimentării cazanului.

0 a treia categorie de instalații o reprezintă instalațiile de transport ale purtătorilor diferitelor forme de energie, respectiv conductele de gaze, apă, abur și aer comprimat, precum si diversele tipuri de conductoare electrice.

Pe lângă aceste echipamente si instalații enumerate, CET-Laborator mai este prevăzută și cu alte categorii de instalații, îndeplinind funcțiuni de tratarea chimică a apel, răcirea apei de răcire (turnurile de răcire), producerea de aer comprimat precum și un sistem de conducere și urmărire a funcționării instalațiilor in camerele de comandă electrică si respectiv termică (măsură, protecție, automatizare, comandă)

Pe lângă alimentarea consumatorilor din exterior, centrala laborator mai trebuie să-și alimenteze consumatorii săi interni sau proprii de energie (motoare pompe, ventilatoare, iluminat, încălzit etc).

2.2. Amplasarea instalațiilor si funcțiile lor principale în CET-Laborator

Amplasarea în teren a CET-Laborator este prezentată in figura 2.2.

Instalațiile centralei sunt dispuse practic în trei construcții principale:

A – corpul principal, în care sunt amplasate majoritatea instalațiilor tehnologice ale centralei (cazane, turbine condensatoare, stațiile electrice de 10 kV si 0,4 kV, camerele de comandă, PRAM, etc);

B – corpul cuprinzând stația de tratare chimica (dedurizarea apei) și stația de producere a aerului comprimat folosit în CET și furnizat consumatorilor externi;

C – turnul de răcire a apei umed, cu circulație naturală, care evacuează în atmosferă căldura din apa de răcire a centralei ;

In cele ce urmează se prezentată succint dispoziția utilajelor și sunt arătate funcțiunile celor mal importante instalații din corpul principal al CET-Laborator. Ordinea de prezentare din text este aceeași cu numerotarea instalațiilor pe planurile la cota 5,3 m și la cota zero ale corpului principal al centralei din fig.2.3. și 2.4. (cota zero este cota terenului).

Fig.2.2. Amplasarea pe teren a CET-Laborator

Legenda

A – corpul principal; B – stațiile de epurare chimică a apei și de aer comprimat; C – turnul de răcire

D – catedra de cazane și turbine (laboratoare)

Instalațiile termomecanice sunt grupate in două mari săli ale corpului principal (clădirea A): sala cazanelor și sala mașinilor.

In sala cazanelor sunt amplasate două cazane de abur supraîncălzit (1 și 2), fiecare cu un debit de abur nominal de 12 t/h la presiunea de 35 bar și temperatura 400 °C. Lângă cazane sunt dispuse următoarele:

– tablourile locale de comanda (3, 4);

– ventilatoarele de aer, cate unul pe cazan amplasate la cota zero (5,6);

-ventilatoarele de gaze de ardere, care sunt instalate pentru cele două cazane de abur ( la cota 12 a), (7);

-expandorul de purja intermitentă (8) și expandorul pentru purjarea continuă a cazanelor în scopul reducerii de săruri din cazane când aceasta nu corespunde din punct de vedere calitativ;

În imediata apropiere a sălii cazanelor, dar în exteriorul acesteia sunt amplasate:

– coșul de fum (9), înalt de 20 m, comun pentru ambele cazane;

-amortizorul de zgomot pentru aburul eșapat în atmosferă pe durata pornirii cazanelor (10).

Instalațiile din sala mașinilor sunt dispuse pe două niveluri, unul la cota 5,3 m, iar celălalt la cota zero.

La cota 5,3 m sunt dispuse grupurile generatoare nr.l, 2 și 4 acționate cu turbine cu abur (11, 12, 14) și grupul nr.3 format dintr-un motor Diesel de 375 CP cuplat cu un generator sincron de 265 kVA (13) ce poate sigura consumurile electrice de servicii proprii în cazul căderii alimentarii cu energie electrica din rețeaua națională. Tablourile locale pentru comanda și conducerea acestor grupuri sunt amplasate la aceeași cotă 5,3 m, în imediata vecinătate a lor.

Turbina cu abur și generatorul grupului nr.3 sunt dispuse în exteriorul sălii mașinilor (15). Într-o închidere ușoară din panouri metalice izolate termic. Caracteristicile celor patru grupuri cu turbine cu abur sunt prezentate în tabelul 2.1.

Sala mașinilor dispune pentru mecanizarea lucrărilor de reparații de un pod rulant de 2 tf.

La cota 5,3 m se mai găsesc instalațiile de ejectoare cu abur necesare pentru extragerea gazelor necondensabile si menținerea vidului în condensatoarele grupurilor 1 și 2. Pentru încălzirea condensatului de la turbine, la cota 5,3 se află un preîncălzitor de suprafață (21), încălzit cu abur și apoi degazorul termic cu rezervorul de apă de alimentare (22)

Tabel 2.1. Caracteristicile principale ale turboagregatelor

Celelalte instalații principale ale turbinelor cu abur sunt amplasate între cota zero și cota 5,3. Condensatul rezultat din condensatoarele turbinelor nr. l, nr. 2 și nr. 5 este preluat de către pompele de condensat (23) care îl trimit prin preîncălzitoarele ejectorului (20) și preîncălzitorul (21) până în degazor (22). De aici apa este preluată de către pompele de alimentare (24, 25), și pompată la cazane. CET-Laborator a fost echipată cu trei pompe de alimentare, două acționate cu motor electric (24) și una acționată cu turbină de abur cu contrapresiune (turbopompă) (25).

Condensatul care se colectează prin scurgeri și drenaje ajunge în rezervorul de puncte joase (27) și este readus în circuitul principal, fiind pompat în degazor, cu ajutorul a două pompe de puncte joase (28).

La cota zero sunt amplasate și instalațiile anexe ale turbinelor: instalațiile de răcire, de ulei și pompele de condensat.

Circuitul închis al apei de răcire, apă care traversează condensatoarele turbinelor, răcitoarele de ulei pentru ungere (29) si răcitoarele de aer ale generatoarelor (30) este trimisă la turnul de răcire. Fiecare turbină are pompele proprii de apă de răcire, cate două la grupul 1 și cate una la grupurile 2 și 5. Mai exista încă două pompe (33) care asigură circulația apei pentru celelalte răciri tehnologice, între care răcitorul de ulei al grupului 4 și răcitorul grupului Diesel.

CET-Laborator este echipat cu trei stații de reducere-răcire (38) care au scopul de a reduce presiunea și temperatura aburului până la valorile cerute de consumatorii care urmează a fi alimentați atunci când nu funcționează turbinele centralei. Lângă stații sunt amplasate și două compresoare de aer tehnologic (39) pentru consumul propriu al CET și un rezervor de aer comprimat (40).

Instalația de preparare a apei calde în sistemul de termoficare asigură încălzirea și pomparea apei din rețeaua de apă fierbinte. Circulația apei de rețea se face în una sau în doua trepte de pompare (două pompe pentru prima treaptă de presiune (41) și alte două pompe pentru cea de a doua treaptă de presiune (42)). Totodată mai sunt prevăzute două pompe de apă de adaos (43) care completează pierderile de apă din rețeaua de termoficare. Apa este preîncălzită parțial în două boilere de bază (46) înseriate cu un boiler de vârf (47) si parțial in răcitorul de condensat (45). Boilerul de vârf este amplasat în exteriorul clădirii. Încălzirea apei din circuitul de termoficare se face cu abur de la prizele turbinelor sau/și din stațiile de reducere – răcire.

Instalația de tratare chimică a apei de adaos pentru cazane.

Pentru buna funcționare a instalațiilor termomecanice este necesar ca apa de alimentare a cazanelor să fie tratată chimic prin dedurizare si demineralizare în filtre cu mase schimbătoare de ioni. Apa preluată din rețeaua publica se introduce direct la demineralizare, pe când în cazul când se folosește apa din puțurile proprii (cu duritate ridicată, peste 27 grade Germane) se face mai întâi o dedurizare în stația de epurare chimica.

Instalațiile stației de tratare chimică a apel de adaos sunt dispuse în două săli suprapuse. In sala de la cota zero (48) sunt amplasate pompele, rezervoarele și dozatoarele de reactiv. In sala de la cota 5,3 m (49) sunt filtrele grupate în două linii tehnologice, fiecare compusa cu cate un filtru mecanic și câte două filtre cu mase schimbătoare de ioni, precum și cate un decarbonator, parcurse în serie. Tot în această sală se găsesc instalațiile anexe pentru spălarea și regenerarea filtrelor și pentru controlul calității apei. Decarbonatoarele de CO2 sunt amplasate în exteriorul clădirii.

Pentru completarea pierderilor din circuitul principal de condensat apa demineralizată este trimisă cu pompe speciale printr-un preîncălzitor (50) în degazor. In vederea asigurării gradului de alcalinitate pe care trebuie să-l aibă apa de alimentare a cazanelor, sunt prevăzute două rezervoare pentru soluție de fosfat trisodic (51). Acest amestec este introdus în circuitul principal în aspirația pompelor de alimentare.

Camera de comandă termică (52)reprezintă punctul din care se realizează conducerea centralizată a unor instalații termomecanice din CET-Laborator și anume, conducerea blocului energetic format din cazanul 1, turbina 1 și turbina 5.

Dispoziția spațială și tipurile tablourilor și a pupitrelor de comandă (model minimod) coincid cu cele adaptate la actualele centrale termoelectrice din sistemul energetic național.

Stațiile electrice de conexiuni si transformare sunt amplasate la cota zero. Stația de medie tensiune a centralei (56) pe 10 kV reprezintă nodul de legături electrice la care sunt racordate:

– generatoarele sincrone ale blocurilor generatoare;

– transformatoarele de servicii proprii care alimentează stația de 0,4 kV;

– rețeaua de alimentare prin cabluri a posturilor de transformare din UPB si consumatorii captivi (TV Național si FAST ECO);

– liniile de legătură cu sistemul energetic național (stațiile de conexiuni Cotroceni și Militari)

Transformatorul bloc al grupului nr.5 este dispus in exterior (57). Restul transformatoarelor sunt instalate într-un șir de camere dispuse paralel cu stația de 10 kV, pe partea dinspre exteriorul clădirii. Accesul în camerele transformatoarelor este posibil numai din exteriorul clădirii.

Cablurile de circuite secundare (semnalizare, comandă la distanță etc.) vin către camera de comandă, de la stațiile centralei si de la posturile de transformare din rețeaua UPB printr-un puț (59) la podul de cabluri.

Camera de comandă electrică (60) reprezintă punctul central din care se conduce funcționarea CET-Laborator si a posturilor de transformare din rețeaua de alimentare cu energie electrică a UPB. In acest scop în camera de comandă sunt centralizate pentru informare – aparate de măsură și dispozitive de semnalizare, iar pentru conducere – dispozitive de comandă manuală la distanță, relee de protecție si alte dispozitive de automatizare.

Bateria de acumulatoare (63) reprezintă sursa de energie de la care în caz de avarie si dispariție totală a tensiunii alternative se asigură alimentarea consumatorilor proprii vitali și iluminatul de siguranță al centralei.

Laboratoarele AMC și PRAM au rolul de a asigura întreținerea instalațiilor cu ajutorul cărora este supravegheată și condusă funcționarea centralei (66). Laboratorul AMC – aparate de măsură si control – are sarcina să verifice diapozitivele pentru măsurarea, controlul, protecția si automatizarea instalațiilor neelectrice din centrală.

Laboratorul PRAM – protecția prin relee, automatizări si măsurători – are aceleași sarcini, însă care privesc instalațiile electrice din CET-Laborator si rețeaua de alimentare cu energie electrică a UPB.

Stația de dedurizare a apei si stația de compresoare.

Modul în care sunt dispuse instalațiile în stația de dedurizare și stația de compresoare grupate în clădirea B este reprezentat în figura 2.5.

Stația de aer comprimat a CET-Laborator alimentează consumatorii proprii, și consumatorii externi cu aer la presiunea cca. 7 bar și cuprinde 3 compresoare de 900 m3/h, antrenate de motoare electrice sincrone cu putere unitară de 100 KW. Aerul absorbit din atmosferă este filtrat, comprimat și răcit. In răcitorii de aer (10) se condensează și se colectează apa și se reține uleiul, obținându-se astfel și purificarea aerului comprimat în limitele prescrise de norme. Aerul comprimat este introdus în 4 rezervoare de acumulare (12), fiecare cu capacitate de 12 m3. Rețeaua de aer comprimat este arborescentă, alimentând laboratoarele UPB.

Stația de dedurizare din CET-Laborator pregătește apă de adaos pentru circuitul de termoficare și pentru laboratoarele institutului. Apa este preluată din rețeaua publica sau din puțurile proprii și este trimisă în rezervorul de apă brută (8), iar de aici prin pompele de apă (9) în cele trei filtre de tratare chimică a apei (7). Apa tratată este pompată într-un castel de apă aflat în interiorul coșului turnului de răcire, în scopul evitării înghețului din timpul iernii (C).

Fig.2.3. Planul clădirii principale a CET-Laborator. Cota 0,0 m.

Fig. 2.4 Planul clădirii principale a CET-Laborator. Cota 5,3 m.

LEGENDA FIGURILOR 2.3 si 2.4 PRIVIND AMPLASAREA PRINCIPALELOR INSTALAȚII DIN CET-LABORATOR

1. Cazanul de abur supraîncălzit nr.1

2. Cazanul de abur supraîncălzit nr.2

3. Tabloul de comandă al cazanului nr.l

4. Tabloul de comanda al cazanului nr.2

5. Ventilatorul de aer al cazanului nr.1

6. Ventilatorul de aer al cazanului nr.2

7. Ventilatoarele de gaze arse

8. Expandorul pentru purtarea continuă și intermitentă

9. Coșul de fum

10. Amortizorul de zgomot pe durata pornirii cazanelor

11. Grupul turbină-generator nr.l

12. Grupul turbină-generator nr.2

13. Grupul motor Diesel-generator nr.3

14. Grupul turbină-generator nr.4

15. Grupul turbină-generator nr.5

16. Tabloul de comandă al grupului nr.l

17. Tabloul de comandă al grupului nr.2

18. Tabloul de comandă al grupului Diesel nr.3

19. Tabloul de comandă al grupului nr.4

20. Ejectoarele și preîncălzitoarele ejectoarelor la grupurile nr.l și nr.2

21. Preîncălzitor de condensat

22. Degazorul termic

23. Pompe de condensat

24. Electropompe de alimentare

25. Turbopompa de alimentare

26. Tabloul de comandă al pompelor

27. Rezervor de puncte joase

28. Pompe de puncte joase

29. Răcitoarele de ulei pentru ungere

30. Răcitoarele aerului din generatoarele nr.l și nr.2 si nr.5

31. Turnul de răcire uscată

32. Pompele circuitului de apă de răcire

33. Pompe de apă pentru răcirea uleiului de ungere la turbina nr.4 cu contrapresiune

34. Pompele pentru ejectoarele hidraulice ale grupului nr.5

35. Pompele de condensat ale grupului nr.5

36. Pompa de ulei a grupului nr.5

37. Pompa de apă de răcire a grupului nr.5

38. Stațiile de reducere-răcire

39. Compresoare de aer

40. Rezervor de aer comprimat

41. Pompele primei trepte de presiune in rețeaua de termoficare

42. Pompele celei de a doua treapta de presiune in rețeaua de termoficare

43. Pompa de adaos in rețeaua de termoficare

44. Tablou de comandă al pompelor de termoficare

45. Răcitorul de condensat din circuitul de termoficare

46. Boilere de bază din rețeaua de termofioare

47. Boilerul de vârf din rețeaua du termoficare

48. Sala pompelor stației de tratare chimică a apei de adaos

48a. Rezervoare substanțe chimice

48b. Pompe substanțe chimice

48c. Pompe apă adaos

49. Sala filtrelor mecanice și cu schimbătoare de ioni pentru apa de adaos

50. Preîncălzitorul apei de adaos

51. Rezervoare pentru emulsie de apă cu fosfat trisodic

52. Camera de comandă termică

53.a,b. Săli pentru pregătirea lucrărilor de laborator s1 instructaje

54. Birou

55. Magazie pentru echipamente termomecanice

56. Stația electrică de 10 kV

57. Stația electrică de 0,4 KV pentru alimentarea serviciilor proprii

58. Transformatorul bloc al grupului nr.5

59. Puț de cabluri către podul de sub camera de comandă electrică

60. Camera de comandă electrică

61. Instalația de condiționare a aerului pentru camera de comandă electrică

62. Magazie pentru echipamente electrice

63. Sala bateriei de acumulatoare

64. Instalația de ventilare a sălii acumulatoarelor a
65. Depozit de acizi

66. Laboratorul AMC și PRAM

67. Atelierul mecanic al CET-Laborator

68. Magazie

69. Grup sanitar

70. Vestiar

71. Captatori solari

72. Rezervorul de apă al instalației da încălzire solară

73. Platforma de încercări pentru cercetări termoenergetice

Figura 2.5. Plan de dispoziție a utilajelor în clădirea stației de dedurizare – compresoare (B)

Legendă:

1 – cameră pompe apă dedurizată (spre castelul de apă)

2 – cameră stație dedurizare

3 – cameră stație compresoare

4 – cameră panouri de comandă pentru pompele puțurilor

5 – rezervoare soluție sare

6 – pompe soluție sare

7 – filtre Na – cationice

8 – rezervor apă brută

9 – pompe apă brută

10 – compresoare

11 – răcitoare de aer pentru compresoare

12 – rezervoare de aer comprimat

13 – filtru

14 – tablouri de comandă pentru compresoare

15 – tablouri de comandă pentru pompe

2.2 Încadrarea CET – Laborator în sistemul energetic

Centrala electrică de termoficare-laborator produce și furnizează energie electrică consumatorilor de pe platforma UPB Grozăvești, precum și în sistemul electroenergetic prin interconectarea în stațiile de racord Cotroceni și Militari.

Schema de conexiuni a CET-laborator are, pentru partea electrică, două noduri, numite bare colectoare, având tensiunea de 10 kV. Pe schema principială din figura 2.6 este reprezentată una dintre aceste două bare, cea de a doua fiind simetrică. La aceste bare colectoare se racordează grupurile centralei U.P.B., precum și cele două cabluri de legătură cu rețeaua națională.

Tot la acest sistem se racordează cele două transformatoare de servicii proprii TSP1 și TSP2 .

Ambele sisteme de bare colectoare pot fi secționate prin cate un întreruptor (de cuplă longitudinală), ceea ce îmbunătățește condițiile de siguranță in funcționare și permite izolarea CET-laborator de sistemul electroenergetic. Această "izolare" este necesară pentru a nu deranja funcționarea sistemului energetic precum și a consumatorilor alimentați în cazurile în care la CET-laborator se produc anumite avarii sau se fac anumite lucrări cu caracter didactic sau de cercetare. Se permite de asemenea funcționarea normală a U.P.B. în cazul unei avarii totale în sistem.

Generatoarele sunt legate bloc cu transformatoare ridicătoare de tensiune, având puterile nominale 4 MVA, la grupurile 1 și 5 și 0,63 MVA la nr.4.

Legăturile CET-laborator cu sistemul electroenergetic se face prin stațiile de transformare și conexiuni de 110/10 kV Militari și Cotroceni.

Alimentarea cu energie electrică a consumatorilor de la barele de 10 kV ale stației de conexiuni a CET-laborator are loc prin intermediul mai multor perechi de cabluri (distribuitori) care alimentează 11 posturi de transformare 10/0,4 kV. Aceste posturi sunt echipate cu cate două transformatoare coborâtoare de tensiune de cate 630 kVA fiecare.

2.3 Instalații termomecanice

Instalațiile din sala cazanelor

In centrala electrica de cogenerare complexul de instalații din sala cazanelor îndeplinește funcția de producere a agentului termodinamic sau termic – aburul.

In cazul CET-Laborator, capacitatea de producție a cazanelor instalate asigura alimentarea cu abur a grupurilor turbogeneratoare nnr.1 și nr5. Debitul instalat în cazanul Erste Brunner capabil de a funcționa în regim de durată este de 12 t/h, iar principalele date tehnice sunt prezentate in continuare.

Acest cazan este capabil sa alimenteze turbina nr.1 AEG de putere 2 MWe, precum si boilerele de termoficare.

Instalația complexă din sala cazanelor mai cuprinde, pe lângă cele două cazane și următoarele instalații comune:

-alimentarea cu combustibil;

-sistemul de evacuare a gazelor (coșul de fum);

-sistemul de răcire a apei rezultata din purjare;

-sistemul de eșapare în atmosferă a aburului la pornirea cazanelor (amortizorul de zgomot);

-dispozitivele de preluare-răcire a probelor de apă din cazan.

Instalația de alimentare cu combustibil a CET-Laborator cuprinde stația de reducere reglare precum si rampele de alimentare ale arzătoarelor cazanelor.

Tot în stația de reglare se află și debitmetrele și dispozitivele pentru contorizarea consumului total de gaze.

Fig.2.6. Schema instalației de alimentare cu combustibil a cazanului de abur

Schema cuprinde o serie de ventile manuale sau cu acționare electrica care îndeplinesc următoarele funcții:

-ventilul manual de închidere (2) separa instalația de alimentare cu combustibil de rețeaua de distribuție in perioadele de nefuncționare ale cazanului;

-ventilul electromagnetic (6) are rol de protecție , închizând la stingerea flăcării din focar (in urma unei comenzi date de supraveghetorul de flacăra (12), la oprirea ventilatoarelor de gaze și de aer de ardere, iar scăderea sau creșterea presiunii gazului natural peste valori minime, respectiv maxime admise și la scăderea nivelului din tambur sub o valoare minimă admisă;

-ventilul de reglaj cu acționare electrică (7) reglează debitul de combustibil în funcție de sarcina cazanului;

-ventilele manuale (8) separă circuitul de alimentare al arzătorului pilot de cel al arzătorului principal;

-ventilul electromagnetic (9) închide la dispariția flăcării in focar fiind comandat de supraveghetorul de flacăra (12);

-ventilele de aerisire (3) care permit aerisirea conductei în perioadele de nefuncționare a cazanului.

Supraveghetorul de flacăra (12) este montat in capul arzătorului pilot si este echipat cu o celula fotoelectrica care, la dispariția flăcării in focarul cazanului, comanda închiderea ventilelor electromagnetice de admisie gaze naturale.

Principalele caracteristici funcționale si constructive pentru Cazanul nr.1

combustibil principal : Gaz natural

debit nominal de abur:12 t/h

parametrii nominali ai aburului: 40 bar, 400 °C

temperatura apei de alimentare:100°C

temperatura gazelor de ardere la cos::180°C

temperatura aerului preîncălzit:150°C

consumul maxim de combustibil:1080 Nm3/h

dimensiuni de gabarit: lățime, înălțime, adâncime : 4950 mm; 8900 mm; 9330 mm

suprafețele de schimb de căldură:

economizor : 239 m2

vaporizator : 222 m2

supraîncălzitor: 162 m2

preîncălzitor de aer: 138 m2

volumul de apă: 10,5 m3

randamentul nominal: 88% 2 %

Cazanul de abur constituie un schimbător complex de căldură unde prin arderea combustibilului se generează gaze fierbinți care transferă o parte din căldura lor sensibilă apei. Aceasta suferă in cursul procesului de transfer de căldură și schimbarea stării de agregare, părăsind cazanul sub formă de abur supraîncălzit.

Schimbul de căldură are loc prin intermediul unor suprafețe metalice formată din țevi prin care circulă apă și abur (sistem de presiune), spălate la exterior de către gazele de ardere.

Sistemul da presiune este format din economizor, in care apa cu care este alimentat cazanul aste încălzită până la o temperatură apropiată de aceea de vaporizare, vaporizator, în care apa suferă schimbarea de fază (lichid-vapori) și supraîncălzitor, in care aburul (vaporii de apă) saturat este încălzit până la temperatura necesară pentru admisia în turbina de abur.

Pentru realizarea în condiții bune a schimbului de căldură, gazele de ardere parcurg un traseu alcătuit din trei drumuri (ascendent, descendent, ascendent), suprafețele de schimb de căldură fiind amplasate in lungul acestui traseu.

Cela trei drumuri de gaze și modul de amplasare a suprafețelor de schimb de căldură sunt puse in evidență în secțiunea transversală prin cazan, prezentată în fig.2.9.

Primul drum de gaze îl constituie focarul cazanului, spațiul în oare are loc arderea, care are volumul cel mai mare și în limita căruia este amplasat vaporizatorul și o parte din supraîncălzitor. Gazele de ardere parcurg focarul în sens ascendent, de la cota arzătorului spre plafon, spală pachetul de țevi secționale al vaporizatorului și restul supraîncălzitorului, după care sunt îndreptate printr-un drum descendent spre intrarea în ultimul drum de gaze, în lungul căruia sunt amplasate pachetele de țevi ale economizorului și preîncălzitorului de aer.

Circulația gazelor de ardere este întreținută cu ajutorul ventilatoarelor de aer și de gaze, precum și prin tirajul natural al coșului de fum.

Pe partea apei și aburului, circulația prin economizor și supraîncălzitor este întreținută cu ajutorai pompei de alimentare care asigură la intrarea în economizor o presiune de cca. 45 bar.

In sistemul vaporizator circulația fluidului este naturală, efectuându-se prin diferența de densitate între țevile fierbătoare aflate in focar si supuse deci fluxului termic al gazelor de ardere, în care are loc vaporizarea unei părți din apă și formarea emulsiei apă-abur care se ridică până în tambur și țevile descendente exterioare focarului, prin care apa coboară din tambur spre baza focarului pentru a alimenta țevile fierbătoare. Circuitul apei în vaporizatorul cazanului nr.l este prezentat în fig.2.7. Cazanul se numește cu circulație naturala.

A B

Fig.2.7. Schema circulației amestecului apă-abur in sistemul vaporizator al cazanului

A – l-țevile de legătură coborâtoare; 2-colectoarele secționale inferioare; 3-țevile schimbătoare de căldură; 4-colectoarele secționale superioare; 5-țevile de alimentare a tamburului; 6-tamburul.

B – l-tambur; 2-țevi coborâtoare; 3-țeavă fierbătoare(ecran); 4-incintă focar; 5- colectorul inferior.

Ventilatorul de aer aspira din interiorul sau exteriorul sălii cazanelor si acoperă pierderile de presiune datorata străbaterii celor doua pachete de țevi ale preîncălzitorului, canalelor de aer si arzătorului. El este amplasat la cota 0,00 m a sălii cazanelor, in spatele cazanului. Ventilatorul de gaze aspira din drumul al treilea de gaze al cazanului, acoperind pierderile de presiune datorate străbaterii pachetelor de țevi și schimbător de direcție suferite în cazan și în canalul de tablă care duce la coșul de fum. El este amplasat pe plafonul cazanului, la cota 8,90 mm, deasupra celui de al treilea drum de gaze.

Sistemul de presiune este format din economizor, vaporizator și supraîncălzitor.

Economizorul este un schimbător de căldură apă-gaze de ardere, amplasat la baza celui de al treilea drum de gaze al cazanului. El realizează încălzirea apei de la temperatura de alimentare la o temperatură apropiată de aceea de saturație corespunzătoare presiunii din tambur.

Suprafața de schimb de căldură este nervurată, fiind formată din țevi de fontă cu aripioara dreptunghiulare așezate transversal.

Colectorul de intrare al economizorului este prevăzut cu un sistem de golire și purjare, precum și cu puncte de măsură a temperaturii și presiunii apei, colectorul de ieșire este dotat cu aceleași puncte de măsură și cu o supapă de siguranță cu arc. Pachetul de țevi al economizorului este sprijinit pe două grinzi orizontale.

Sistemul vaporizator. Vaporizarea apei este asigurată de sistemul format din tambur, dom, pachetul de țevi secționale, două fascicole de ecrane, colectoarele acestora și conductele exterioare de legătură.

Apa provenind din economilor este trimisă în tambur. In continuare, ea va parcurge un circuit închis format din tambur, țevile vaporizatoare, colectoare și conductele exterioare, în caro are loc vaporizarea.

Deoarece numai țevile vaporizatoare sunt plasate în interiorul focarului și sunt deci supuse fluxului termic emis de către gazele de ardere, în interiorul lor începe vaporizarea apei, având ca rezultat formarea emulsiei apă-abur, a cărei densitate este mai mică decât a apei aflate la aceeași temperatură. Sub acțiunea diferenței de densitate, circulația se va desfășura în sens ascendent în țevile fierbătoare și descendent în conductele exterioare de legătură, fiind numită din această cauză circulație naturală.

In tambur are loc separarea emulsiei în cele două faze componente. Aburul se ridică la partea superioară de unde trece în dom, unde suferă o uscare mecanică (separare de picături).

Camerele secționale au rolul de colectoare de intrare și ieșire. Ele au o formă ondulată care le permite îmbinarea una in alta, formând astfel o suprafață compactă și etanșe care înlocuiește câte o parte din pereții frontali și din spate ai focarului.

Pachetul de țevi secționale este amplasat la sfârșitul focarului în zona în care gazele suferă prima schimbare de direcție în drumul lor prin cazan.

Tamburul are dimensiunile Φ1220×40, lungimea sa fiind egală cu lățimea cazanului. La interiorul său este plasat schimbătorul de căldură apă-abur pentru reglarea temperaturii aburului supraîncălzit, Pe capacele laterale sunt montate sticle de nivel, două manometre metalice și o ușă de vizitare.

Domul are dimensiunile Φ600×24 și este prevăzut in interior ca un sistem de separare a picăturilor de apă din abur iar la exterior cu două supape de siguranță cu arc și un ventil de aerisire, Este legat cu tamburul prin mal multe conducte Φ102, iar din el pleacă spre supraîncălzitor conducta de abur saturat uscat. Tamburul este prevăzut cu un sistem de colectare a probelor de apă, precum si cu conducte de purje care alimentează un expandor. Colectoarele inferioare ale țevilor vaporizatoare sunt prevăzute cu sisteme de drenaj și purjare.

Supraîncălzitorul de abur se compune din două trepte, între care este plasat sistemul da reglare a temperaturii aburului viu.

Fig. 2.8. Schema de reglare a temperaturii aburului supraîncălzit

Legendă

1-tambur; 2-dom; 3-supraîncălzitor de convecție; 4-supraînczizitor de radiație; 5-robinet cu 3 căi pentru reglarea debitului de abur trimis spre schimbătorul de căldură din tambur; 6-schimbător de căldura imersat în apa din tambur cu rolul de a răci aburul supraîncălzit.

Traseul aerului de ardere cuprinde ventilatorul da aer, preîncălzitorul de aer și tubulatura (canalele de aer) aferentă.

Traseul gazelor de ardere cuprinde arzătorul și anexele sale, ventilatorul de gaze, coșul de fum, tubulatura (canalele de gaze) și armăturile aferente.

2.4. Instalația de turbină

Turbina este mașina mecano-energetică rotativă ce transformă energia internă a fluidului de lucru în energie mecanica. Indiferent de tipul turbinei și de fluidul de lucru utilizat principiul de funcționare este același:

– în profilele staționare (ajutaje), fluidul motor se destinde 9 mărindu-și și viteza și deci energia cinetică, pe baza reducerii energiei potențiale; la ieșirea din ajutaje, fluidul are o
mișcare de vârtej;

– în profilele rotorice (palete mobile), fluidul își schimbă direcția de curgere, transformând energia sa cinetică în energie mecanică pe care o transmite rotorului mașinii.

Variația de energie internă a aburului între intrarea și ieșirea din turbină constituie lucrul mecanic de rotație captata la arborele turbinei.

Turbina nr.l este o mașină monocorp, monoflux, de condensație, fără prize care antrenează direct un generator sincron la turație n= 3000rot/min. Puterea electrica nominală la bornele generatorului este de 2000 kW. Parametrii nominali ai aburului viu sunt: pon=34 bari , tcn420°C; în CET – laborator ea funcționează cu por = 30 bar, tor = 400 °C. Presiunea nominală la condensator este pc – 0,06 bari pentru apă de răcire cu temperatura tra = 22 °C. Mașina este amplasată în sală lângă peretele exterior al acesteia.

Turbina are o treaptă de reglare de tip Curtis cu diametrul mediu de 1250 mm și 10 trepte de presiune cu acțiune cu diametrul mediu între 1030 – 1140 mm (v.fig.5.4). Rotorul este cu discuri fretate pe bucșe conice, cu arbore elastic având turația critică de 1800 rot/ /min. Carcasa este cu perete simplu, turnată din oțel la înaltă presiune și din fontă la joasă presiune. Diafragmele sunt turnate și au la orificiul central labirinți cu prindere rigidă.

Schema termomecanică de principiu a circuitelor din limita TA 1 și anexele sale este prezentată în fig.2.9.

Etanșările terminale sunt cu labirinți cu praguri și lamele. capătul de joasă presiune al turbinei, se creează în funcționare o perdea de abur cu ușoară suprapresiune față de presiunea atmosferică

Fig.2.9. Secțiune schematică prin turbina numărul 1

2.5. Instalația de termoficare

CET-Laborator are posibilitatea alimentarii cu căldura prin termoficare a următorilor consumatori (fig.2.10)

– consumatori de abur, la 12 bar si 6 bar (nefuncționali);

– consumatori sub forma de apa fierbinte, prin intermediul schimbătoarelor abur-apa fierbinte, boilerele de baza (poz.11) si de varf (poz.12).

Alimentarea cu căldura a acestor consumatori se realizează prin termoficare direct la consum (pentru consumatorii de abur) sau prin intermediul schimbătoarelor de baza si vârf (pentru consumatorii de căldură sub formă de apă fierbinte).

In cazul in care aburul respectiv (parțial sau integral) provine direct de pe bara de abur viu a cazanelor (prin intermediul SRR), consumatorii respectivi se considera alimentați in regim de centrala termica (CT).

În cazul schemei prezentate, schimbătoarele de căldura de bază sunt întotdeauna alimentate în schemă normală cu abur din bare, adică din priza turbinei, deci în termoficare. Schimbătorul de căldura de vârf poate fi alimentat direct din bara de 6 bar, de la bara de 10 bar prin stația de reducere SR 12/6, in acest caz el este alimentat cu căldura din bara de abur viu, deci în regim de CT. Atunci când se realizează jocurile de ventile V4 și V5, schimbătorul de vârf poate fi alimentat cu abur, in paralel cu schimbătoarele de baza, din priza turbinei de termoficare.

Consumatorii de abur pot rămâne alimentați, direct din cazane, prin intermediul SRR 35/12 si respectiv SR12/6, deci numai in regim de centrala termica.

Aceste doua regimuri caracteristice de alimentare cu căldura din CET-Laborator, conduc la funcționarea cu consumuri specifice de căldura (si combustibil) diferite. În regimul de termoficare consumurile specifice de combustibil pentru producerea energiei electrice sunt mai mici decât cele corespunzătoare producerii ei in regim de condensație. Din aceasta cauza este recomandabil ca în exploatare sa se livreze cat mai multa căldura din aburul destins in turbine, pe seama căruia se obține simultan și energia electrică.

Fig.2.10. Schema de principiu a alimentării cu abur a consumatorilor de căldura sub formă de abur și apă fierbinte

Legendă:

1-bara de abur viu a cazanelor de abur; 2-turbină cu oondensație și priză reglabilă de 3,2 MW; 3-stație de reducere și răcire de la 35 bar, 450 C la 12 bar,300 C; 4-colector abur de 3,5-5 bar; 5-colector abur de 12 bar» 300°C; 6-colector abur de 6 bar, 300°C; 7-răcitor abur 320 la 190°C; 8,9 – consumatori de abur; 10-reductor de presiune 6-5 bar; 11-schimbătoare (boilere) de bază; 12-schimbător (boiler) de vârf; V1-V1Q – vane.

Apa fierbinte este încălzită în CET-Laborator cu ajutorul aburului preluat din prizele turbinelor de condensație sau din bara de abur de 6 bar/ 300°C.

Aburul din priza reglabilă a turbinei are presiunea variabilă între 3,5 – 5 bar și asigură încălzirea apei fierbinți în cele două schimbătoare de bază, iar aburul de 6 bar este utilizat pentru încălzirea apei în schimbătorul de vârf.

Fig. 2.11. Schema de preparare și distribuție a căldurii în UPB

Apa fierbinte este utilizată in cadrul UP.B pentru asigurarea de căldură de joasă temperatura (fig.2.11), aferente încălzirii si consumului de apa caldă în scopuri sanitare sau de laborator.

Pe partea de apă, instalația se compune din două tipuri de instalații: cele care asigură preîncălzirea si încălzirea apei fierbinți și cele care asigură circulația sa.

Instalațiile pentru preîncălzirea și încălzirea apei fierbinți sunt reprezentate în principal de răcitorul de condensat, preîncălzitoarele de bază – numite și boilere de bază și preîncălzitorul de vârf .

Instalațiile pentru transportul apei fierbinți, de la CET Laborator la consumatori al sunt compuse din pompele de rețea treapta I-a (15), treapta a Il-a (17) și pompele de apă de adaos (13).

In afara acestor două grupe de instalații, schema mai cuprinde separatorul de nămol (14), vanele de reglare, clapete de sens unic, oale de condensat, etc.

Răcitorul de condensat este constituit în două corpuri și este un schimbător de căldură prin suprafață, cu țevi de oțel. Suprafața de schimb de căldură este de 12 m, circulația apei are loc prin exteriorul țevilor, iar prin interior circulă condensatul.

Rolul său este de a utiliza căldura condensatului secundar rezultat de la schimbătoarele de bază si vârf, pentru preîncălzirea într-o primă treaptă a apei, necesară consumatorilor de apă fierbinte. In acest fel se recuperează o cotă parte din căldura conținută de condensat, care altfel s-ar fi pierdut la rezervorul de puncte joase.

Schimbătoarele de căldură de bază (11.a și 11.b) sunt de tipul prin suprafață, cu următoarele caracteristici fiecare:

– suprafața de încălzire de 60 m2 , realizată cu 141 țevi de oțel ; Fluidul pentru încălzire este aburul cu presiunea de 1,2 – 6 bar și temperatura 160-190°C, care circulă printre țevi, având un volum exterior de 1280 l;

– fluidul încălzit – apa -, cu presiunea maximă admisă de 6 bar și temperatura de 100°C care circulă prin țevi, având un volum interior de 650 l.

Rolul acestor schimbătoare este de a încălzi în continuare apa – după răcitorul de condensat – până la temperatura impusă de consumatori, conform graficului de reglaj funcție de temperatura exterioară.

Schimbătorul de vârf (12) este de tipul prin suprafață, cu următoarele caracteristici:

-suprafața de încălzire este de 100 m2, cu țevi de oțel dispuse hexagonal; Fluidul pentru încălzire este aburul cu presiunea de 6 bar/ 300°C, sau de 3,5-5 bar /160-190°C, după sursa de abur.

El circulă printre țevi având un volum exterior de 1121 1; Fluidul încălzit – apa -, cu presiunea maximă admisă de 16 bar și temperatura de 200°C, circulă prin țevi având un volum interior de 483 l.

Rolul său este de a încălzi în continuare apa fierbinte (după schimbătoarele de bază), într-o a doua treaptă, până la temperatura impusă de consumatori, dacă aceasta din urmă depășește valoarea care se poate obține în schimbătoarele de bază.

Pompele de rețea treapta I-a și a II-a (15) și (17) sunt de tipul TERMA 8ox22, cu un debit de 45m3 /h fiecare și o înălțime de refulare de 38 m H2O. Ele funcționează două câte două, în două trepte. Sunt cu acționare electrică, cu turație constantă. Rolul lor este de a asigura circulația apei fierbinți in circuitul închis format de instalația de termoficare din CET, instalațiile consumatorilor și retur. Debitul de apa vehiculat la un moment dat corespunde necesarului de căldura al consumatorilor. Variația debitului de apă se poate face cu ajutorul vanelor de pe refularea pompelor și cu vanele de by-pass.

Înălțimea de refulare a acestor pompe asigură pierderile de presiune ce apar în instalațiile de termoficare din CET (schimbătoare de căldură, conducte, vane etc.) în rețeaua de distribuție a apei fierbinți – tur-retur , până la consumatori și în instalațiile interioare ale acestora.

Pompele de apă de adaos (13) sunt de tipul SIRET 65×80, cu un debit de 4 m3/h fiecare și o înălțime de refulare corespunzătoare de 40 m H2O. Sunt în număr de două, antrenate electric cu turație constantă. Rolul lor este de a introduce în rețeaua de apă fierbinte debitul de apă corespunzător pierderilor ce apar pe traseu și de a asigura amorsarea pompelor de rețea treapta I-a.

Pompele aspiră apa, tratată chimic (dedurizată) și degazată, din degazorul de 1,2 bar și o refulează în colectorul de aspirație al pompelor de rețea treapta I-a

2.6. Instalațiile electrice ale CET laborator

Schema electrică a circuitelor primare din CET-Laborator (fig.2.12) a fost concepută avându-se în vedere următoarele două scopuri:

– sa asigure funcționarea centralei electrice ca un laborator didactic și atelier de producție;

– să asigure distribuția energiei electrice în Universitatea Politehnica din Buc. Si a consumatorilor captivi de pe platformă, fără ca perturbațiile ce pot să apară în funcționarea centralei, mai ales în regim de lucrări de laborator, să afecteze această distribuție.

Principalul element al schemei electrice a centralei îl constituie stația electrică de conexiune, funcționând la tensiunea de 10 kV. Prin intermediul acestui nod electric (stația de conexiuni) se realizează evacuarea energiei electrice produse de generatoare precum și legătura cu sistemul electroenergetic național;

De asemenea, se realizează și alimentarea cu energiei electrică a consumatorilor din
Universitatea Politehnica București precum și a serviciilor proprii ale centralei.

Schema electrică monofilară de principiu este prezentată în figura 2.13.

In vederea realizării celor două scopuri prezentate la început stația de conexiuni are cele două sisteme de bare colectoare care sunt secționate longitudinal (cuplă longitudinală):

pe secția 1 sunt racordate generatoarele electrice ale centralei;

pe secția 2 sunt racordate două linii de interconexiune ( „Cotroceni” și „Militari” prin care se realizează legătura cu sistemul electroenergetic național ) și consumatorii de pe platformă.

In acest fel prin intermediul celor două cuple longitudinale se poate oricând realiza separarea dintre centrală și instalația de distribuție a energiei în UPB. Totodată prin cele două cuple se poate realiza evacuarea energiei electrice produse de generatoarele centralei atunci când aceasta funcționează în regim de „atelier” de producție sau de laborator, energie ce poate fi livrată atât consumatorilor din schema internă cit și în sistemul electroenergetic național.

In centrală mai este instalat și un grup Diesel (GD), de intervenție, racordat la barele de servicii proprii ale centralei.

Fig. 2.12. Schema de principiu a circuitelor primare din CET laborator

Serviciile proprii ale centralei, funcționând la tensiunea de 0.4 kV, sunt alimentate de la stația de 10 kV prin două transformatoare de câte 1000 kVA și 10,5/0,4 kV. Unul din transformatoare este racordat la secția 1 de bare, (TSP1) celălalt la secția 2 (TSP2). În funcțiune este totdeauna unul singur celălalt fiind în rezervă. Grupul de intervenție antrenat de un motor Diesel cu demaraj rapid este racordat direct pe secția de 0,4 kV a serviciilor proprii alimentată de TSP 1.

Fig. 2.13. Schema electrica monifilară

CAPITOLUL III

CARACTERISTICILE GENERALE ALE CONSUMURILOR ENERGETICE ALE COMPLEXULUI U.P.B. GROZAVESTI

3.1. Situația actuală privind alimentarea cu energie electrică și termică

În prezent, alimentarea cu energie electrică și căldură a Universității Politehnica București este asigurată astfel :

energia electrică este achiziționată integral de la S.C. Electrica SA;

căldura este de asemenea cumpărată integral din rețeaua de distribuție a R.A.D.E.T. București. Până în anul 1999 Universitatea Politehnica București a fost alimentată parțial cu energie electrică și căldură de către CET – laborator, coordonat de catedra de Centrale Electrice și Energetică Industrială.

În momentul de față, ca urmare a ieșirii din funcțiune a echipamentelor termomecanice, ca urmare a uzurii fizice și performanțelor reduse, CET – UPB mai poate asigura doar legăturile electrice cu sistemul energetic național și a distribuția energiei electrice atât pentru platforma universității cât și pentru consumatorii captivi din zona adiacentă. În ceea ce privește rețeaua de distribuție a căldurii sub formă de apă fierbinte, partea de agent primar aparține RADET, iar partea de agent secundar aparține UPB. Acestea, în special rețeaua primară, are un grad ridicat de uzură, fiind necesare investiții suplimentare pentru reabilitare

Instalațiile de producere a energiei din CET sunt de generație veche fiind preluate prin transfer din unități ale fostului Minister al Energiei Electrice având durata normată de funcționare cu mult depășită. Pentru a putea face față cerințelor impuse de caracterul de laborator aceste echipamente au fost reabilitate periodic prin reparații curente și capitale.

3.2. Consumurile de căldură și energie electrică nominale și anuale ale U.P.B.

Consumurile de căldură și energie electrică nominale și anuale ale U.P.B. au fost estimate atât pe baza unor date de proiect, cât și pe baza datelor de exploatare ale instalațiilor de alimentare cu energie din ultimii patru ani (pe baza facturilor lunare emise in perioada 2001-2004).

Acest mod de determinare s-a folosit din următoarele motive :

– nu mai există proiectele actualizate ale instalațiilor de alimentare cu căldură și energie electrică;

– folosirea numai a datelor de proiect existente pentru rețeaua de termoficare este incorectă deoarece acestea țin cont și de cantitățile de căldură necesare atât instalațiilor de ventilare (încălzire spațială cu aer cald) din U.P.B., cât și a celor de preparare a apei calde de consum, ambele în prezent nefuncționale.

Valorile consumurilor de căldură și energie electrică momentane și anuale ale U.P.Buc, estimate conform celor de mai sus, sunt prezentate în tabelul 3.1.

Tabel 3.1.Consumuri estimate de căldură și energie electrică momentane și anuale ale U.P.B.

1) valori estimate corelat cu condițiile climatice caracteristice municipiului București.

Datele care au stat la baza stabilirii consumurilor din tabelul 3.1 sunt prezentate detaliat în tabelele și reprezentările grafice de mai jos, și sunt în concordanță cu consumurile de căldură și energie electrică, preluate din facturile lunare în perioada 2001 – 2004.

De asemenea soluția tehnică analizată, pentru acoperirea consumurilor medii de mai sus se bazează pe instalații de cogenerare cu motoare termice funcționând pe gaz natural și în completare cu cazane de apă fierbinte.

În cele ce urmează sunt prezentate și prelucrate valorile consumurilor de energie electrică si termică la nivelul U.P.Buc – Grozăvești

Consumuri de energie termică

Tabel 3.2. Consumurile de căldură facturate lunar în perioada 2001 – 2004

Fig. 3.1. Variația consumului total anual de energie termică

în perioada de analiză 2001 – 2004

Tabel 3.3. Consumurile de căldură medii zilnice lunare în perioada 2001 – 2004

Fig. 3.2. Variația consumului mediu lunar în cei patru ani de analiză

Fig. 3.2. Variația consumului lunar anual de energie termică

Tabel 3.4. Consumurile de căldură medii orare lunare în perioada 2001 – 2004

Fig. 3.3. Variația consumului de căldură mediu orar- lunar în fiecare an de analiză

Fig. 3.4. Variația consumului de căldură mediu orar- lunar în cei patru ani de analiză

Consumul de energie electrica:

Tabel 3.5. Consumurile de energie electrică facturate lunar în perioada 2001 – 2004

Fig. 3.5. Variația consumului de energie electrică mediu lunar – anual

Fig. 3.6. Variația consumului de energie electrică mediu lunar multianual

Tabel 3.6. Consumurile de energie electrică medii zilnice – lunare

Fig. 3.7. Variația consumului de energie electrică mediu zilnic – lunar multianual

Tabel 3.7. Puterea electrică medie lunară

Fig. 3.7. Variația consumului mediu orar multianual de energie electrică

Fig. 3.8. Variația puterii electrice medii anuale

Fig. 3.9. Variația puterii electrice medii multianuale

3.3. Soluții posibile pentru alimentarea cu energie electrică și termică a Universității Politehnica din București – site Grozăvești.

Variantele posibile pentru noile soluții de alimentare cu energie electrică și căldură a Universității Politehnica București pot fi diferențiate prin :

– natura sursei de alimentare cu energie ;

– modul de transport a energiei termice ;

– gradul de concentrare al producției de căldură.

Variante de analiză:

Soluția I – alimentarea cu căldură din sursă proprie – centrală termică -, iar alimentarea cu energie electrică să fie asigurată în continuare integral din sistemul energetic. Centrala termică poate fi dimensionată pentru acoperirea integrală a necesarului de căldură, U.P.B debranșându-se în acest fel de la rețeaua RADET;

Soluția a II-a – alimentarea cu căldură și energie electrică parțial din sursă proprie – centrală de cogenerare. Centrala de cogenerare va asigura integral consumul mediu multianual de căldură și parțial consumatorii de energie electrică. Având vedere valoarea ridicată a gradului de neuniformitate a curbei de consum de energie electrică (raportul – tabel 3.1.) nu se justifică economic dimensionarea centralei de cogenerare pentru puterea electrică maximă, întrucât nu se asigură un grad anual de utilizare a acesteia corespunzător. Centrala de cogenerare se va dimensiona pentru o putere electrică în jurul valorii medii anuale. În cazul în care cererea de energie electrică depășește puterea instalată, diferența va fi achiziționată din sistemul energetic.

Din punctul de vedere al tipului de echipamente folosite în centrala de cogenerare, trebuie ținut cont că vara, U.P.B. nu consumă practic căldură, și ca urmare, în acest anotimp energia electrică va trebui produsă integral în regim de noncogenerare. Pentru ca producția de energie electrică în noncogenerare să fie eficientă economic este necesar ca valoarea cheltuielilor cu combustibilul să fie inferioară valorii facturii energiei electrice produse și necumpărate din sistem. În condițiile prețurilor actuale ale energiei electrice cumpărate și combustibilului, această condiție se îndeplinește dacă randamentul producerii energiei electrice în noncogenerare este superior valorii de 23%.

În cazul vânzării energiei electrice produse excedentar către Electrica SA (în orele de noapte si perioadele de sâmbătă și duminică când consumul propriu este redus) condiția de eficiență economică, pentru prețurile actuale de vânzare ale energiei electrice și prețul de achiziție a combustibilului, se realizează numai dacă randamentul producerii energiei electrice în noncogenerare este mai mare decât cca. 36%.

Pentru puteri electrice în jurul valorii de dimensionare () randamentele producerii energiei electrice în noncogenerare realizate de diversele tehnologii de producere a acesteia sunt :

– pentru ciclurile cu turbine cu abur randamentele sunt în domeniul 15 – 18 %;

– pentru ciclurile cu turbine cu gaze randamentele sunt în domeniul 20 – 26 %; – -pentru ciclurile cu motoare termice cu ardere internă randamentele sunt în domeniul 38 – 43 %.

Având în vedere cele prezentate mai sus se vor lua în considerare doar acele echipamente de cogenerare care produc energia electrică în noncogenerare în condițiile cele mai avantajoase energetic (cu randamentele cele mai ridicate), respectiv motoarele termice cu ardere internă cu gaz.

Din punct de vedere al transportului energiei termice sunt posibile de asemenea două soluții :

Soluția I – utilizarea drept agent termic de transport a apei fierbinți cu temperaturile tur – retur de 150/80 °C, care prezintă următoarele caracteristici :

– ecartul mare de temperatură tur – retur, implică debite de agent termic reduse și ca urmare :

– conductele vor avea diametre mai reduse, iar investițiile aferente vor scădea ;

– cheltuielile anuale cu energia de pompare vor fi de asemenea reduse ;

– este posibilă utilizarea rețelei primare existente de transport de pe amplasamentul actual.

– necesită investiții pentru reabilitarea punctelor termice de distribuție ;

– permite alimentarea consumatorilor cu apă caldă de consum de 60 °C.

Soluția a II-a – utilizarea drept agent termic de transport a apei calde cu temperaturile tur – retur de 90/70 °C, cu următoarele aspecte :

– ecartului redus de temperatură tur – retur, necesită debitele de agent termic cu valori mai mari ca în cazul anterior și ca urmare apar următoarele implicații:

– conductele vor avea diametre mai mari, deci investiții aferente mai ridicate ;

– cheltuielile cu energia de pompare vor crește ;

– rețeaua primară de distribuție trebuie reproiectată si reabilitată integral într-o perioadă relativ scurtă ;

– nu necesită investiții pentru reabilitarea punctelor termice de distribuție ;

-consumul redus de apă caldă menajeră nu justifică o rețea specială de distribuție a acesteia (inclusiv recircularea pentru evitarea răcirii apei în circuit în perioada lipsei de consum). Este posibilă o preparare locală a apei calde de consum, folosind agentul termic din rețeaua de încălzire. Datorită însă reglajului calitativ din circuitul de încălzire nu mai este posibilă păstrarea strictă a temperaturii limită impusă de normative, de 60 °C. La temperaturi exterioare, superioare valorii de 0 °C, temperatura apei calde menajere va avea valori sub 60 °C, scăderea fiind cu atât mai accentuată cu cât temperatura exterioară va avea valori mai ridicate.

Din punct de vedere al concentrării producției de căldură se ia în considerare o sursă unică, amplasată în cadrul CET laborator, soluție care prezintă avantajul posibilității utilizării unor construcții și instalații deja existente (clădire, coș de fum, instalație de tratarea apei, rețea alimentare cu gaze naturale, rețea alimentare cu apă brută, posibilitate de racord la rețeaua primară de distribuție, etc.) ;

Capitolul IV

METODOLOGIA DE ANALIZA TEHNICO – ECONOMICĂ A SOLUȚIILOR DE COGENERARE

4.1. Ipoteze generale pentru aplicarea indicatorilor economici bazați pe valori actualizate

Selectarea soluției optime de cogenerare se va face pe baza analizei tehnico-economice comparative a soluțiilor propuse, utilizând indicatorii economici (criterii) bazate pe valori actualizate: VNA, RIR, DRA, criterii bancare, acceptate pentru evaluarea economică a proiectelor de investiții. Indiferent de indicatorul economic calculat, pentru ca rezultatele analizei economice să fie corecte, iar concluziile obținute în urma interpretării rezultatelor să fie pertinente, este necesară aplicarea metodelor de analiză economică în următoarele ipoteze generale:

– calculele se fac în monedă constantă. O consecință directă a acestei ipoteze o constituie faptul că nu mai este necesară estimarea inflației și nici a efectelor ei asupra elementelor de natură economică ce intervin în calcule – prețuri (inclusiv investiții) rate de actualizare, dobânzi e.t.c., lucru care simplifică esențial calculele. – se estimează diferitele durate de realizare și de exploatare a proiectului de investiții,

– se estimează costurile de investiții și de exploatare corespunzătoare pe toată durata de viață a echipamentelor;

– de regulă fiscalitatea nu este luată în considerație. Atunci când considerarea ei conduce la aspecte particulare, acest lucru trebuie specificat și analizat pentru fiecare indicator în parte;

– sumele considerate în calcule sunt încasările și plățile (cheltuielile) reale efectuate și nu beneficiile și cheltuielile contabile. În caz particular, cheltuielile de investiție sunt considerate în momentul în care sunt făcute (în cazul utilizării fondurilor proprii) și nu prin intermediul amortismentelor. Amortismentele se includ în cheltuielile anuale numai în cazul calculelor costurile de producție specifice;

-se consideră aceeași durată de studiu, egală cu durata de viață pentru toate variantele analizate. În cazul analizelor unor variante cu durate de viață diferite se consideră drept durată de studiu aceea a celui mai mic multiplu comun a duratelor de viață a variantelor comparate, cu considerarea investițiilor de înlocuire în anii dinaintea expirării duratelor de viață respective.

Pentru fiecare indicator economic determinat apar ipoteze specifice care vor fi menționate la prezentarea fiecăruia.

4.2. Prezentarea indicatorilor economici (criteriilor economice) utilizate

Venitul net actualizat (VNA)

Venitul net actualizat se determină ca suma algebrică a veniturilor nete anuale actualizate.

Forma analitică a criteriului depinde esențial de momentul de referință considerat pentru actualizare. Din acest punct de vedere, se face ipoteza, în cazul analizat – CET Laborator: momentul de referință este considerat pentru actualizare momentul începerii exploatării proiectului de investiții.

În acest caz, venitul net actualizat se determină cu relația:

(4.1)

unde: INi sunt încasările efectuate în anul „i”; Ci – cheltuielile totale : pentru procurarea combustibilului și pentru de exploatarea și întreținerea echipamentelor din anul „i” – exclusiv amortismentele; Ii – investițiile efectuate din fonduri proprii în anul „i”; a – rata de actualizare considerată; iar n – durata pe care se calculează venitul net actualizat (durata de studiu). Durata de timp pe care se calculează venitul net actualizat este:

(4.2)

unde nr reprezintă durata de realizare a investiției (de montaj), iar nf – durata de funcționare considerată.

În analiza economică efectuată se mai consideră următoarele ipoteze :

– investiția se face într-un singur an ;

– cheltuielile anuale totale se consideră aceleași în fiecare an ;

În cheltuielile anuale nu sunt incluse amortismentele. Includerea lor ar conduce la considerarea investițiilor de două ori, odată direct și a doua oară prin intermediul amortismentelor.

O soluție de investiție – cogenerare, propusă este economică dacă :

, (4.3)

iar în cazul comparării mai multor soluții, soluția optimă corespunde

. (4.4)

Rata internă de rentabilitate (RIR)

Rata internă de rentabilitate a unei investiții (RIR) reprezintă acea rată de actualizare pentru care venitul net actualizat se anulează, deci este soluția ecuației:

(4.5)

unde:

(4.6)

Soluția ecuației (4.5) rezultă dintr-un calcul iterativ, utilizând fie tabelele de actualizare, fie un program de calculator (de ex. M.S. Excell), ecuația neputând fi rezolvată analitic.

Interpretarea economică a RIR este: RIR reprezintă dobânda procentuală care poate fi acceptată atât pentru investiții cât și pentru fondul de rulment, astfel ca proiectul de investiții propus să nu producă pierderi.

Rentabilitatea unui proiect se estimează în raport cu valoarea RIR astfel:

proiectul este rentabil dacă :

(4.7)

Rata internă de rentabilitate se utilizează pentru estimarea eficienței economice a unei investiții. Ea nu poate fi utilizată pentru compararea mai multor variante întrucât poate conduce la concluzii false .

Determinarea ratei interne de rentabilitate nu necesită cunoașterea ratei de actualizare, însă, aprecierea economicității unei investiții face apel la aceasta, deoarece ea trebuie comparată cu rata internă de rentabilitate.

Durata (termenul) de recuperare actualizată (DRA)

Se definește drept durată de recuperare a capitalului nr, timpul după care veniturile brute obținute permit recuperarea investiției făcute, respectiv rezultă ca rădăcină a ecuației :

(4.8)

unde INi sunt încasările din anul „i”; Ci – cheltuielile de exploatare din anul „i” (exclusiv amortizările); iar Ii investițiile din anul „i”.

Definirea duratei de recuperare a capitalului necesită stabilirea unei origini a timpului. De regulă, convenția acceptată este de a calcula această durată începând cu momentul punerii în funcțiune a obiectivului respectiv.

Durata de recuperare a capitalului (în valori actualizate) este durata de exploatare a obiectivului, la sfârșitul căreia se poate acoperi investiția inițială și realiza un venit suplimentar corespunzător ratei de actualizare considerate.

Teoretic, decizia de acceptare sau de eliminare a unui proiect de investiții ar trebui luată prin compararea duratei de recuperare a capitalului cu durata de viață a obiectivului nν. Dacă , proiectul de investiții poate fi acceptat, el aducând venituri actualizate nete, dacă , proiectul trebuie respins, el neaducând venituri nete pe perioada de viață a echipamentului .

În practică, ținând cont că se lucrează cu un viitor incert, pragul de timp care conduce la respingerea unui proiect de investiții se mult mai redus decât durata de viață a obiectivului.

Acest indicator permite atât stabilirea economicității unei soluții cât și alegerea soluției optime dintr-un șir de soluții posibile (cu respectarea acelorași condiții de actualizare);

Termenul de recuperare brut (TRB)

Termenul de recuperare a investițiilor unui proiect este egal cu durata de exploatare a acestuia care permite ca veniturile realizate să recupereze investiția inițială, adică:

(4.9)

Termenului de recuperare brut se definește asemănător duratei de recuperare a capitalului, singura diferență constând în faptul că diversele sume nu mai sunt actualizate. De multe ori, pentru evitarea confuziilor, durata de recuperare a capitalului este numită termen de recuperare în valori actualizate.

Dacă producțiile anuale pot fi considerate constante (sau puțin variabile) în timp, termenul de recuperare este:

(4.10)

Termenul de recuperare necesită definirea unei origini a timpului (similar cazului duratei de recuperare a capitalului). De regulă, se consideră drept origine a timpului, momentul punerii în funcțiune a obiectivului respectiv.

Pentru utilizarea termenului de recuperare ca un criteriu pentru admiterea sau eliminarea unei soluții necesită stabilirea unui timp de referință – termen normat de recuperare a investiției.

Acest indicator permite evaluarea economică rapidă a unei soluții. Trebuie îndeplinite simultan condițiile :

(4.11)

unde reprezintă termen normal de recuperare a investiției.

(4.12)

în care nν este durata de viață a proiectului de investiții.

Acest criteriu economic este unul simplu, iar dacă se respectă condițiile prezentate anterior conduce la concluzii coerente cu criteriile bazate pe actualizare.

CAPITOLUL V

ALEGERAEA VARIANTEI OPTIME DE ECHIPARE A SOLUTIEI DE COGENERARE SI CALCULUL TEHNICO ECONOMIC

5.1. Considerente generale

Pe baza analizelor tehnice efectuate în capitolele anterioare, se despride concluzia ca varianta optima pentru retehnologizarea CET laborator în concordanță cu acoperirea medie a curbelor de consum electric și termic ale platformei UPB Grozăvești, se va face cu motoare termice pe gaz natural. Acest lucru este explicat atât de randamentele cvasi – constante de funcționare ale motoarelor de cogenerare, precum si de unele facilități privind temperaturile posibil de asigurat pentru agentul termic, de modul de racordare la reteaua de transport existenta, de posibilitatea racordării pe parte de energie electrica și de alimentare cu combustibil gazos.

Deoarece consumul mediu de energie termică este superior celui produs de mortoare în cogenerare s-a luat in considerare echiparea suplimentara a CET laborator cu un numar de cazane de apa fierbinte care sa acopere aceasta diferenta.

Utilizand baza de date existenta in biblioteca facultatii de Energetica din UPB am ales pentru motoarele de cogenerare o solutie cu doua motoare cu ardere interna functionand pe gaz natural.

In tabelul 5.1 sunt prezentate principalele caracteristici si preturi de oferta pentru diferite tipuri de motoare posibil de utilizat in vederea realizarii solutiei rezultate din calculele anterioare.

Conform cu datele obtinute in urma calculului necesarului de energie termica și electrică, se alege varianta cu două motoare termice pe gaz natural, tip JENBACHER , de 600 kWe și 732 MWt fiecare (2xJMC 312 GS). În completarea necesarului de energie termică pentru încălzire se propun a fi luate în considerare doua cazane de apa fierbinte (CAF), fieare de câte 4,3 MWt. Motivatia suplimentara a echipamentului ales o constituie si faptul ca motoarele tip JENBACHER alese, au deja o aplicatie in tara noastra de unde s-au putut extrage si alte elemente privind costurile reale adiacente precum si experienta de exploatare.

Principalele caracteristici tehnice ale acestui tip de motor sun prezentate in tabelul 5.2.

Tabel 5.1. Caracteristici tehnico-economice pentru motoare termice

Tabel 5.2. Cracteristici tehnice generale ale motorului termic JMC 312 GS

Schema interna de recuperare a caldurii din racirea motorului si gazele de ardere, cu punerea in evidenta a puterilor si ecrturilor de temperatura pentru fiecare suprafata in parte, este prezentata in figura 5.1.

In ceea ce priveste modul de racordare a echipamentului de producere a căldurii in cogenerare cu motoare termice cu cazanele de apa fierbinte suplimentare si punctele termice de distributie a caldurii sunt posibile mai multe variante din care m-am oprit la urmatoarele doua variante prezentate schematizat in fig 5.2:

varianta 1, in care apa calda la nivelul temperaturii de 90 C produsa de motoarele termice, este trecuta printr-un schimbator de caldura intermediar cu placi unde transfera caldura returului circuitului de incalzire inainte de intrarea in cazanele de apa fierbinte. Daca temperatura pe turul de incalzire, conform graficului de reglaj este inferioara valorii de 90C (in perioadele cu text>0C) atunci cazanele pot fi by-pass-ate.

varianta 2, in care caldura produsa de motoarele termice, tot prin intermediul unui schimbator de caldura intermediar poate fi transferata unui circuit separat pentru prepararea apei calde de consum.

Varianta 1 asigura practic preincalzirea returului circuitului de incalzire diminuind astfel consumul de combustibil al cazanelor de apa fierbinte. Dezavantajul major al acestei scheme il constitue faptul ca pe timp de vara, cand sistemul de alimentare cu caldura este oprit, energia termica din motoarele cu cogenerare este evacuata in mediul ambiant (functionare numai in regim electric).

Varianta 2 are o functionare teoretic continua tot anul la un regim termic practic constant, in concordanta cu productia de energie electrica. Dezavantajul schemei poate fi cauzat de neuniformitatea (lipsa) continua a consumului de apa calda menajera. Neuniformitatea consumului poate fi atenuat prin introducerea unor acumulatoare de apa calda de consum. Deasemenea se poate avea in vedere asigurarea pe timp de vara a necesarului de frig pentru climatizare prin cooperarea motoarelor termice cu chillere cu absortie antrenate cu apa calda.

a – cu utilizare pentru oincalzire in serie cu returul ce alimenteaza CAF

b – cu utizare de producere directa a apei calde menajere

FIG5.2. Scheme de racordare a caldurii produse in cogenerare

5.2. Calculul tehnico economic

Pe baza metodologiei prezentate in capitolul IV s-a efectuat un calcul tehnico-economic privind eficienta solutiei de modernizare a CET laborator in varianta analizata anterior.

Datele tehnice de intrare preluate atat din oferte de instalatii pentru echipamentele de baza cat si din literatura de specialitate sau experienta din proiectare pentru elementele de tip constructie montaj, conducte interioare, trsee de cable etc. sunt prezentate centralizat in tabelul 5.3

Tabel 5.3. Date tehnice generale

Calculul economic:

Date de natura economica Date economice generale

Investitii

Fluxul de cheltuieli si incasari anuale

5.3. Concluzii finale in urma calculului tehnico-economic

In urma calcului tehnico – economic se pot trage urmatoarele concluzii:

durata de actualizare luata in calcul este de 12 %;

durata de studiu este de 20 de ani avand in vedere si durata de viata a principalelor echipamente;

valuarea totala a investitiei este de 1 660 000 EURO din care :

-in motoarele termice [€] 592 500

-in cazanele recuperatoare [€] 92 000

-in cazanele de varf speciale [€] 430 000

-echipamente electrice auxiliare [€] 61 400

-echipamente mecanice auxiliare [€] 104 400

-constructii civile [€] 230 500

-alte cost. de inv. (proiect., preg. mont., asig. , taxe etc.) [€] 151 100

Investitia specifica in cogenerare este de 964 eur/kWei

Calculele de eficienta prezinta valori pozitive pentru realizarea investitiei caracterizate prin:

-Venitul net actualizat [€]     1 294 958

-Termenul de recuperare in valori neactualizate [ani] 4,06

-Termenul de recuperare in valori actualizate [ani] 8,14

-Indicele de profitabilitate [€/$]     1,56

-Rata interna de rentabilitate [%]     19,82%

In concluzie investitia este rentabila chiar si in conditiile in care pot apare variatii ale pretului combustibilului si energie electrice achizitionate din sistem peste valorile luate in calcul in exemplul de fata.

CAPITOLUL VI

PUNCT ELECTRIC: SCHEMA DE RACORDARE A INSTALATIEIEDE COGENERARE LA SISTEMUL DE ALIMENTARE CU ENERGIE ELECTRICA A UPB

6.1. Descrierea soluției propusă pentru conexiunea grupurilor generatoare in stația de 10 kV UPB

Furnizarea energiei electrice produsa de cele doua grupuri se va realiza prin intermediul a doua trafo – ridicătoare de 0,4 / 10 kV de 1000 kVA fiecare, si care se vor racorda in substatia de 10 kV a CET-UPB

Având in vedere ca in stație sunt deja libere celulele de racord ale generatoarelor G2 si G4 (aferente turbinelor 2 si 4 care un sunt funcționale) aceste celule se pot reechipa cu echipamentele necesare noilor generatoare antrenate de motoare termice, noua lor denumire fiind GMT1 si GMT2.

Schema de principiu a celor doua noi generatoare este prezentata in fig.6.1.

Fig. 6.1. Schema de principiu a generatorului GMT1

Ambele celule de generator se vor racorda in paralel pe secția I de bare cu posibilitatea dubla de alimentare prin jocul întreruptor 10kV – separatoarea celor doua sisteme deja existente (sistemul I si sistemul II).

Din punct de vedere al circuitelor primare echiparea celor doua celule se va face cu echipamente Standard si anume:

– întreruptor debroșabil cu SF6

– transformatoare de curent cu izolație in rășina pentru 24 kV

– cuțite de legare la pământ

Corespunzător circuitelor primare utilizate si specificul determinat de conectarea generatorului a fost conceput un echipament integrat (releu multifuncțional) care sa satisfacă cerințele privitoare la comenzi, masuri electrice, blocaje si protecții.

Comanda întreruptorului se va efectua cu tastatura echipamentului integrat, sau direct cu ajutorul butoanelor închis/deschis ale întreruptorului. Comanda separatorului de punere la pământ se va realiza manual si va fi blocata de poziția broșata a întreruptorului. Pe monitorul releului se vor vizualiza poziția întreruptorului (închis/deschis) precum si principalele mărimi electrice măsurate in conformitate cu specificația tehnica a acesteia.

Fiecare celula va fi prevăzuta cu o secționare de curent direcționată spre generator care va declanșa întreruptorul celulei la scurtcircuit polifazate si monofazate pe partea de JT.

Protecția va fi desensibilizata fata de curentul de scurtcircuit la bornele generatorului. Ca rezerva pentru aceasta protecție si pentru scurtcircuitele apărute pe celelalte plecări din stația de 10 kV CET-UPB va fi prevăzuta o protecție maximala desensibilizata fata de curentul maxim debitat de generator. Aceasta temporizare va asigura funcționarea selectiva a protecției si fata de plecările din stațiile de alimentare (Militari si Cotroceni).

Ambele protecții vor transmite comenzi de declanșare întreruptorului de JT al grupului generator. Protecția de gaze aferente transformatorului si funcționarea protecției generatorului se va declanșa întreruptorul din celula de generator.

In caz de refuz de întreruptor se va prevede o instalație de DRRI prin care va fi declanșată sursa in funcțiune: fiderul de legătură cu stațiile de alimentare sau cupla longitudinala.

6.2. Calculul puterii de scurtcircuit pe barele de medie tensiune (10 kV)

Date inițiale:

Sb = 10.000 kVA = 10 MVA;

Sb – puterea aparenta nominala pe bara de 10 kV din stațiile de conexiuni.

Ub = 10kV;

Ub – tensiunea pe bara.

; (6.1.)

Ib – intensitatea curentului nominal pe bara.

Ssc = 450 MVA;

Ssc – puterea totală de scurtcircuit pe bara de 10 kV (având in vedere toți consumatori de pe bare).

(6.2.)

xs – reactanța sistemului

Date transformator ridicator 0,4 / 10 kV (2x1000kVA)

Sn = 2 x 1000kVA = 2 MVA (6.3.)

Sn – puterea aparenta nominala totala

uk = 13,2 %

; (6.4.)

xt – reactanța trafo.

(6.5.)

xtot – reactanța totala.

Determinarea curentului de scurtcircuite pe bara de medie tensiune:

(6.6.)

Isc.mt – curentul de scurtcircuit pe bara de medie tensiune.

Determinarea puterii de scurtcircuit pe bara de medie tensiune:

(6.7.)

Ssc.mt – puterea de scurtcircuit pe bara de medie tensiune.

CAPITOLUL VII

CONCLUZII GENERALE PRIVIND RETEHNOLOGIZAREA CET-UPB

7.1.Situatia actuala

CET din cadrul Universitatii Politehnica Bucuresti este un laborator coordonat de catedra de Centrale Electrice si Energetica Industriala, Facultatea de Energetica si indeplineste trei functii distincte:

– fomarea inginerilor termo si electro-energeticieni, prin efectuarea lucrarilor de laborator, a practicii de exploatare si a cercetarii stiintifice studentesti;

– producerea energiei electrice si termice ca rezultat al activitatii didactice si de cercetare, in vederea asigurarii partiale a consumurilor universitatii;

– asigurarea legaturilor electrice cu sistemul energetic national si a distributiei de energie electrica prin statiile si posturile de transformare existente in CET atit pentru platforma universitatii cit si pentru consumatorii captivi din zona adiacenta.

– deservirea cu utilitati, pe baza de comenzi interne (aer comprimat, apa industriala si apa demineralizata ) a tuturor laboratoarelor facultatilor din cadrul UPB.

Instalatiile de producere a energiei din CET sunt de generatie veche fiind preluate prin transfer din unitati ale fostului Minister al Energiei Electrice si avind durata normata de functionare cu mult depasita. Ele au fost reabilitate periodic prin reparatii curente si capitale, pentru a putea face fata cerintelor impuse de caracterul de laborator.

Asfel CET – UPB este dotata cu urmatoarele agregate si instalatii aflate in stare de functionare:

– un cazan de abur supraincalzit, cu circulatie naturala tip Erste Brunner (produs in Cehoslovacia in 1943), de 12 t/h cu parametrii actuali de 32 bar si 400C, funtionand pe gaz natural;

– o turbina AEG de 2 MWe cu condensatie si priza fixa;

– un grup electrogen Diessel montat in 1980 este de tip MB 836 Bb (Maybach-Benz), are rol in asigurarea serviciilor proprii ale CET si este de 450 CP (330 kW);.

– instalatii de termoficare din CET laborator cu posibilitatea de alimentare cu caldura a consumatorilor de abur de 12 si respectiv 6 bar prin statiile de reducere racire SRR35/12 si SRR 12/6 si a consumatori de apa fierbinte prin schimbatoarele de caldura de baza si de virf (2x2Gcal/h);

– o statia de tratare chimica a apei de alimentare (demineralizare partiala) cu debitul nominal de 10 m3/h;

-o statia de dedurizare a apei de racire, cu debitul nominal de 40 m3/h;

– o statia de pompe de termoficare treapta I si II, echipata cu pompe TERMA 80×22 cu debitul de 45 m3 fiecare si inaltimea de refulare de 38mH2O;

– un turn de racire umed cu ciculatie naturala;

– un cos de fum de 26 m in constructie metalica.

– statiile de transformare de 10 si 0,4 kV echipate cu celulele de legatura cu sistemul energetic si instalatiile proprii de producere. De asemenea se subliniaza faptul ca, de la turbina nr. 5 se dispune de transformatorul de 4 MVA de 6,5/10,5 kV cu celula proprie si pupitrul de racordare in camera de comanda electrica;

– o camera de comanda electrica;

– o camera de comanda termica;

– ateliere macanice si PRAM;

– o statie de acumulatoare pentru iluminatul de siguranta la avarie.

– serviciile proprii ale centralei, functionind la tensiunea de 0,4 kV, alimentate din statia de 10 kV prin doua transformatoare de cate 1000 kVA.

– o instalatie de producere a aerului comprimat, echipata cu trei compresoare de aer, cu piston cu dublu efect tip Resita, fiecare cu debitul nominal de 900 m3/h la 6 bari.

In afara echipamentelor si instalatiilor aflate in functiune, mentionate mai sus, in cadrul CET laborator mai sunt instalate o serie de echipamente cu rol didactic, demonstrativ, si anume:

– un cazan de abur supraincalzit cu aceeiasi parametrii de functionare ca si cazanul nr 1, de productie Babcook – Wilcox;

– o turbina de condensatie cu priza reglabila de 3,2 MWe Brown – Boveri (turbina nr.5);

– turbina cu condensatie si priza de 1,5 MW;

– turbina cu contrapresiune de 450 kW.

7.2. Consumurile de căldura și energie electrică nominale și anuale ale U.P.B.

Consumurile nominale și anuale ale U.P.B. de căldura și energie electrică au fost estimate pe baza datelor de exploatare ale instalațiilor de alimentare cu energie din ultimii patru ani (2000-2004).

Acest mod de determinare s-a folosit din urmatoarele motive :

– lipsa proiectelor actualizate ale instalațiilor de alimentare cu căldură și energie electrică;

– folosirea datelor de proiect pentru rețeaua de termoficare ar fi fost incorectă deoarece acestea țineau cont și de cantitățile de căldură necesare atât instalațiilor de ventilare din U.P.B. (în prezent scoase din uz), cât și altor consumatori racordați la aceeași rețea (fostele IAUC și Didactica) care si-au modificat puternic in timp consumurile de caldura si energie electrica.

Valorile consumurilor de căldura și energie electrică nominale și anuale ale U.P.B. estimate conform celor de mai sus sunt:

– consumul maxim de căldură al U.P.B. este de cca. 8,5 MWt (7 Gcal/h), iar consumul anual de căldură pentru un an cu condiții climatice normale este de cca. 35 000 MWht/an (30 000 Gcal/an) –

– consumul maxim de energie electrică al U.P.B. este de cca. 750 kWe iar consumul anual de energie electrică este de cca. 3 200 MWhe/an

7.3. Oportunitatea modernizarii C.E.T. laborator din cadrul U.P.B.

Consumurile nominale și anuale ale U.P.B. de căldura și energie electrică au fost estimate pe baza datelor de exploatare ale instalațiilor de alimentare cu energie din ultimii patru ani (2000-2004). Conform acestora s-au considerat următorele :

– consumul maxim de căldură al U.P.B. este de cca. 8.5 MWt (7 Gcal/h) ;

– consumul anual de căldură este de cca. 25 000 MWht/an (15 000 Gcal/an) – pentru un an cu condiții climatice normale ;

– consumul maxim de energie electrică al U.P.B. este de cca. 750 kWe ;

– consumul anual de energie electrică este de cca. 3 500 MWhe/an.

Acest mod de determinare s-a datorat lipsei proiectelor actualelor instalații de alimentare cu căldură și energie electrică si faptului ca folosirea datelor de proiect pentru rețeaua de termoficare ar fi fost incorectă deoarece acestea țineau cont și de cantitățile de căldură necesare atât instalațiilor de ventilare din U.P.B. (în prezent scoase din uz), cât și altor consumatori racordați la aceeași rețea (fostele IAUC și Didactica) .

Costurile folosite în analiza oportunității modernizării C.E.T. – laborator au fost :

-pentru echipamente – conform valorilor din cataloage de oferte (ne negociate) ;

-pentru combustibil, căldură și energie electrică – conform tarifelor actuale plătite de U.P.B. pentru aceste utilități.

Caracteristicile tehnice ale echipamentelor din solutia propusa pentru retehnologizarea C.E.T. laborator.

Caracteristicile tehnice ale noilor echipamente au fost determinate avand in vedere urmatoarele :

– sa se asigure alimentarea integrala cu caldura a localurilor Universitatii Politehnica Bucuresti;

– producerea de energie electrica sa se faca in cele mai bune conditii, respectiv cu consumuri minime;

– sa fie respectat pe cat posibil raportul dintre cantitatea de caldura data in regim de cogenerare si cantitatea totala de caldura recomandat de literatura de specialitate pentru ciclurile de cogenerare cu abur, pentru cazul consumatorilor urbani si tertiari (cca. 0,5).

CAPITOLUL VIII

NORME IN TEHNICA SECURITATII MUNCII IN INSTALATII DE COGENERARE CU MOTOARE TERMICE

8.1. Regulament de funcționare a CET laborator

In scopul aducerii la îndeplinire a sarcinilor ce revin acestui laborator, respectând actele normative ce stabilesc cadrul organizatoric legal, activitatea CET laborator se desfăsoara după „Regulament de organizare si funcționare a CET laborator” aprobat de Conducerea UPB.

In cadrul exploatării curente a instalațiilor, personalul de serviciu asigura supravegherea acestora, controlul lor periodic si manevrele necesare. Supravegherea se asigura prin urmărirea parametrilor din instalațiile respective si completarea evidentei acestora. Personalul executa de asemenea operațiile legate de curtenia locului de munca. In întreaga activitate se vor respecta cu strictețe normele de protecție a muncii indicate in cele ce urmează:

– personalul de exploatare operativa a instalațiilor este cu desăvarsire interzis sa scoată din proprie inițiativa îngrădirile de protecție, sa pătrundă dincolo de acestea, sa execute lucrări sau manevre fără a exista o autorizație de lucru si instrucțiuni tehnice sau dispoziții in acest sens.

– când schimbul este format din doua persoane, una din ele poate participa la lucrări, fiind inclusa in echipele de revizii sau reparații

– in timpul executării controlului, in instalațiile electrice, instalația trebuie considerata ca aflata in funcțiune, chiar atunci când se cunoaște ca ea este scoasa de sub tensiune. Aceasta prevedere are in vedere faptul ca instalația nu este legata la pământ si ca exista eventualitatea punerii ei sub tensiune

La efectuarea tuturor manevrelor pentru Prevenirea accidentelor umane sau tehnice datorita arcului electric, se vor respecta următoarele reguli:

– manevrele se efectuează numai in ordinea întrerupătoare-separatoare

se efectuează întâi manevrele cu separatoarele de linie si apoi cu cele de bare, la operațiile de deschidere si invers la operațiile de închidere

– poziția personalului in timpul manevrei trebuie sa fie laterala fata de siguranțele fuzibile, precum si fata de separatoarele care nu sunt prevăzute cu dispozitive de blocaj

8.2. Norme de protecție a muncii specifice la executarea de lucrări la generatoare, compensatoare, sincrone si motoare electrice

Generatoarele si compensatoarele sincrone aflate in turație, chiar dezexcitate trebuie considerate ca fiind sub tensiune. Se interzice atingerea sau executarea lucrărilor in circuitele statorului generatorului sau compensatorului sincron aflat in turație.

Manevrele pentru pornirea si oprirea mașinilor electrice de înalta tensiune se executa de către personalul operativ de serviciu.

Înaintea executării oricăror lucrări de reparații la partea mecanica a unui motor electric, se va opri motorul, se va realiza o separație de lucru vizibila care se va bloca, iar pe dispozitivul de acționare se va monta un indicator de interzicere.

Carcasele mașinilor electrice si cele ale echipamentelor de pornire ale acestora trebuie sa fie legate la pământ. Se interzice executarea de lucrări la aceste legături la pământ in timpul funcționarii mașinilor electrice.

8.3. Metode de protecția muncii pentru partea termomecanica a centralelor

Instalațiile de gaze se pun in funcțiune si se exploatează in conformitate cu normativul pentru distribuirea gazelor naturale, numai de catre persoanele autorizate de unitatea de distribuție a gazelor.

Se interzice determinarea prezentei gazelor in aer, in incaperi sau camine prin flacăra libera. Înainte de predarea in exploatare, toate conductele de gaze trebuie probate. Daca o conducta a rămas fără gaze mai mult de doua luni, înainte de a fi pusa in exploatare trebuie probata din nou.

Este interzisa folosirea gazului in cazul când presiunea in conducta de gaze a scăzut sub 40mm H2O.

8.4. Masuri generale de prevenire si extindere a incendiilor

Prin prevenirea incendiilor in centrale si stații electrice se înțelege respectarea regulilor stabilite de normele in vigoare si luarea tuturor masurilor menite sa elimine cauzele care pot provoca incendii. Totodată, prevenirea incendiilor presupune si asigurarea din timp a unor masuri necesare pentru limitarea dezvoltării incendiilor, stingerea lor in faza inițiala, evacuarea oamenilor si a bunurilor materiale.

Un mijloc esențial de apărare contra incendiilor este obligativitatea instruirii periodice, in privința masurilor de prevenire si stingere a incendiilor, a tuturor celor care lucrează in sectorul energetic.

8.5. Procedee si mijloace de prevenire si stingere a incendiilor

Lupta împotriva incendiilor cuprinde: prevenirea, detectarea, avertizarea, combaterea si stingerea.

In faza de prevenire se stabilesc punctele pericol de incendiu, cauzele posibile si masuri pentru înlăturarea lor. Se întocmesc planuri de prevenire si lichidare a avariilor si se urmărește aprovizionarea cu materiale de combatere si utilarea panourilor si punctelor PSI.

In faza de combatere si lichidare este necesar :

– stabilirea obiectului incendiului si determinarea cauzei apariției lui

– precizarea locului de apariție (focarul)

– asigurarea securității personalului

– folosirea tuturor posibilităților de lichidare a focului

Pentru cazul in care incendiul nu se poate lichida imediat se va determina zona periculoasa si se va încerca limitarea posibilităților de extindere.