Tema de proiect. Destinatia caldarii si parametrii de referinta
Proiectarea unei caldari cu arzator care echipeaza un cargo 7800 tdw.
Caldarea navala este un generator de abur in care caldura rezultata din arderea unui combustibil se transmite apei in scopul incalzirii ei, a vaporizarii acesteia sau a supraincalzirii aburului saturat.
Partile principale ale unei instalatii de producere a aburului, sunt: caldarea propriu-zisa sau sistemul fierbator (compus din tamburul sau colectoarele de apa si totalitatea tevilor in care se produce vaporizarea apei), supraincalzitorul de abur, preincalzitorul apei de alimentare, preincalzitorul de aer si focarul sau camera de ardere.
Aburul rezultat va fi folosit pentru functionarea diverselor mecanisme si aparate auxiliare sau sisteme de bord cum ar fi:
Pentru a produce aburul necesar functionarii masinilor pri 323f57d ncipale ale navei si alimentarii tuturor consumatorilor de la bord, caldarile navale au nevoie de un regim de functionare, care sa asigure transformarea energiei chimice a combustibilului in energie calorica continuta in aburi in cele mai bune conditii.
Regimul intim de functionare a caldarii este acela cand apa se transforma in abur, acumuland o cantitate maxima de caldura de la combustibilul ars in focarul caldarii. Aburul va putea acumula maximum de caldura, numai daca procesul de combustie se desfasoara cu o degajare maxima de caldura si daca caldarea este asigurata cu o circulatie si alimentatie buna a apei, iar suprafata de incalzire sa permita o buna transmitere a caldurii de la gaze la apa. Aceste conditii necesare bunei functionari a caldarii sunt asigurate de urmatoarele instalatii auxiliare ale caldarii:
dar si de asigurarea valorilor optime ai parametrilor constructivi si functionali, si anume:
Caldarea mai sus mentionata este o caldare navala acvatubulara care lucreaza la presiunea nominala de 7 bar.
O caldare este caracterizata in general, de urmatoarele caracteristici:
a)
Debitul 
, reprezinta cantitatea de apa transformata in abur cu
anumiti parametrii in unitatea de timp.
|
titlul x la presiunea din caldare. |
unde:
b)
Presiunea de regim 
, reprezinta presiunea maxima a aburului din caldare, care se
mentine la o valoare constanta in timpul functionarii caldarii in regim normal.
Cantitatea de abur necesara pentru incalzirea motorului principal
Nava este dotata cu un motor principal de tip MAN 6L 52/55A cu o putere efectiva Pe=6100 CP = 4413 kW
Fluxul disponibil al motorului principal este:
= 12182 [KW]
unde:
|
ce= 0,265 kg/kWh- consumul specific efectiv al motorului Pe=4413 kW puterea efectiva a motorului |
QI=37500 kJ/kg puterea calorifica inferioara a combustibilului folosit.
Daca apa de racire este incalzita cu ajutorul unui preincalzitor montat in circuitul de apa tehnica, se pot utiliza curbele de mai jos:
Fig.1
Debitul de apa tehnica al preincalzitorului, daca este instalat prin by-passare, va fi in jur de 10 % din debitul pompei principale de apa tehnica. Caderea de presiune in preincalzitor va fi de aproximativ 0,2 [bar].
Curbele se traseaza in aceste ipoteze, la inceputul preincalzirii, temperatura motorului si a compartimentului de masini fiind egale.
Spre exemplu, un preincalzitor de apa tehnica, cu capacitatea de incalzire egala cu 1 % din puterea efectiva a motorului, poate incalzi motorul la 30° in 27 ore.
In mod normal, inainte de a face primii pasi de pornire a motorului temperatura minima a motorului trebuie sa fie de 60° C, iar motorul poate porni incet fara alte restrictii. In cazuri exceptionale se permite si o temperatura minima de 20° C. In cazul acestor circumstante motorul poate porni incet pana la 90 % rpm, fara restrictii. Pentru a functiona intre 90 % rpm si 100 % MCR, trebuie asigurata o temperatura minima de 50° C. Intervalul de timp pentru ridicarea temperaturii motorului de la 20° C la 50° C, depinde de cantitatea de apa din sistem si de sarcina motorului.
Se recomanda in regiunea 90 % rpm si 100 % MCR, sarcina va fi ridicata incet - peste 30 minute.
Voi alege un preincalzitor cu capacitatea de incalzire de 2 % din MCR, care va ridica temperatura motorului la 55° C in 30 de ore.
Deci: 
Qpr=88,26
KW
Dar, acest flux energetic este egal cu cel dat de aburul produs in caldare necesar incalzirii apei
m=Qpr/Di7bar=152,22 kg/h
unde:
|
|
Cantitatea de abur necesara incalzirii combustibilului in tancurile de depozit
Nava de tip cargo 7800 tdw poate ambarca o cantitate de bunker de 1200 tone de combustibil.
Consideram ca trebuie sa avem in permanenta 10 % din cantitatea de bunker, pregatita tot timpul, pentru consumurile de la bord
m cb. tk. dep.=120 t
Timpul de
incalzire al acestei mase de combustibil va fi: 
. Rezulta ca va fi necesar un debit masic de :
= 5,55 kg/s
Fluxul energetic necesar incalzirii combustibilului va fi:
= 333,33 kW
unde:
|
|
Debitul masic de abur necesar pentru incalzirea combustibilului in tancul de depozit este:
= 605,16 kg/h
Cantitatea de abur necesara pentru incalzirea combustibilului in tancul de decantare
|
|
Caldarea cu arzator presupunem ca are un consum de: Charz=88 kg/h
Consumul orar total al tuturor agregatelor de pe nava este:
= 0,4168 kg/s = 1500,4
kg/h.
Debitul masic de combustibil ce trebuie incalzit in tancul de decantare va fi de 2,5 ori mai mare decat consumul orar total de combustibil al agregatelor de pe nava:
= 3751 kg/h
unde:
|
- temperatura combustibilului in
tancul de decantare - temperatura care trebuie realizata inainte ca combustibilul sa intre in cele doua preincalzitoare ale separatoarelor de combustibil |
Debitul masic de abur necesar pentru incalzirea combustibilului in tancul de decantare este:
= 151,3365 kg/h
Cantitatea de abur necesara pentru incalzirea combustibilului in preincalzitoarele dinaintea celor doua separatoare
|
|
= 3000,9 kg/h = 0,8336
kg/s
unde:
Debitul masic de abur necesar preincalzirii combustibilului inainte de a intra in separator este:
= 211,87 kg/h.
Cantitatea de abur necesara pentru incalzirea combustibilului in tancul de serviciu
Cantitatea de abur necesara pentru incalzirea combustibilului in tancul de amestec
|
|
Debitul masic de abur necesar incalzirii combustibilului inainte de a fi injectat:
= 29,5 kg/h.
Cantitatea de abur necesara incalzirii uleiului de ungere al motorului principal inainte de a intra in separator
Consumul specific efectiv de ulei al motorului principal:
. = 0,00033 kg/kWh
Consumul orar de ulei al motorului principal:
= 1,4563 kg/h.
Fluxul energetic necesar incalzirii uleiului inainte de a intra in separatoare:
= 429,149kW.
Debitul masic de ulei ce trebuie vehiculat de separatoare:
= 0,000809 kg/s
unde:
|
|
Debitul masic de abur necesar pentru a incalzi uleiul in preincalzitoarele separatorului:
= 0,2159 kg/h.
Cantitatea de abur necesara incalzirii aerului in instalatia de incalzire a incaperilor
|
|
Debitul masic de aer vehiculat pentru incalzirea cabinelor este dat de debitul volumic al ventilatorului care este:
Vaer = 25000 m3/h
= 8,5139 kg/s
Debitul masic de abur necesar pentru incalzirea aerului in instalatia de aer conditionat:
.= 293,68 kg/h
Determinarea debitului caldarii si a puterii acesteia
Debitul total al caldarii cu arzator de tip acvatubular este dat de:
.= 1455,3kg/h
Fluxul disponibil al caldarii este:
.= 916,66kW
Puterea caldarii:
= 843,33 kW
Altfel puterea caldarii este data de relatia:
= 843,81 kW
iar consumul de combustibil se va determina din relatia:
= 88,05.
Deci valoarea adoptata la punctul 2.3. este corecta.
Analiza elementara a combustibilului. Determinarea necesarului de aer. Determinarea produselor de ardere si a temperaturii produselor de ardere.
Combustibilul
marin greu are puterea calorifica inferioara 
si urmatoarea
compozitie procentuala raportata la 1 Kg de combustibil:
Cantitatea teoretica de oxigen necesara arderii complete a unui Kg de combustibil este:
Masele
moleculare ale gazelor rezultate in urma arderii combustibilului 
, sunt:
Coeficientul
de exces de aer este: 
.
Cantitatea teoretica de aer necesara arderii este:
Cantitatea reala necesara arderii unui Kg de combustibil este:
Produsele rezultate in urma arderii sunt:
|
|
|
|
unde:
peretii caldarii
Dimensionarea preincalzitorului de aer
Reguli RNR. Reglarea parametrilor functionali
Fiecare caldare cu suprafata de vaporizare a apei libera trebuie sa fie prevazuta cu cel putin doua indicatoare independente pentru nivelul apei cu sticla transparenta.
Supape de sigurantA
Fiecare caldare trebuie sa aiba cel putin doua supape de siguranta cu arc si de aceeasi constructie si aceeasi dimensiune, montate de regula pe un stut de legatura comun fixat pe tamburul caldarii precum si o supapa de siguranta montata pe colectorul de iesire al supraincalzitorului. Supapa de siguranta a supraincalzitorului trebuie sa se deschida in urma deschiderii supapelor de siguranta montate pe tamburul caldarii.
a) scheme de tip aer dupa combustibil in care prima marime reglata este consumul combustibil, iar cea de a doua marime este consumul de aer.
b) Scheme de tip combustibil dupa aer primea marime reglata fiind consumul de aer si in functie de acesta se actioneaza asupra alimentarii cu combustibil.
c) Scheme cu actiune concomitenta asupra consumului de aer si combustibil.
Reglajul arderii cuprinde in general reglajul alimentarii cu aer si reglarea evacuarii gazelor rezultate din procesul de ardere. Cele trei marimi reglate sunt corelate intre ele si impreuna determina sarcina de functionare a caldarii.
|
- cantitatea de
caldura acumulata de caldare intr-o ora
- cantitatea de
caldura acumulata de fiecare kg de apa pentru a se transforma in abur cu 
- diferenta de
entalpie a aburului la presiunea de lucru a caldarii de 5 bar.
- caldura specifica
a combustibilului
- temperatura la
care trebuie incalzit combustibilul in tancul de depozit 
- temperatura
combustibilului in tancul de depozit.
- consumul orar al
celor 3 DG-uri.
.
- temperatura la
care trebuie preincalzit combustibilul inainte de a intra in separator 
- temperatura
combustibilului inainte de preincalzitoare.
- temperatura de
injectare a combustibilului
- temperatura din
tancul de amestec.
- caldura specifica
a uleiului de ungere
- temperatura la
care se efectueaza separarea uleiului 
- temperatura la
care este depozitat uleiul.
- caldura specifica
a aerului
- temperatura de
incalzire a cabinelor
- temperatura
mediului ambiant.
;
;
;
;
;
