Puterea termica a arzatoarelor

In ceea ce priveste puterea termica necesara, va punem la dispozitie arzatoare incepand de la 1 KW, puterea maxima fiind practic nelimitata (116 MW/arzator in cazul aplicatiilor energetice).

Puterea termica a arzatoarelelor destinate cazanelor de apa calda si supraincalzita, generatoarelor de abur, generatoarelor de aer cald etc. este indicata de constructorul acestor echipamente. Totodata acesta trebuie sa furnizeze si alte informatii referitoare la arzatoarele compatibile, de pilda lungimea capului de ardere, modul in care trebuie sa functioneze, presiunea minima necesara in camera de combustie, masuri de protectie termica a componentelor arzatorului etc.

In ceea ce priveste arzatoarele pentru cuptoare industriale, daca puterea termica necesara nu este rezultata dintr-un proiect, aceasta se poate evalua cunoscandu-se tipul procesului si capacitatea maxima de productie; se va intocmi bilantul termic avandu-se in vedere necesarul de caldura cerut de produs, la care se vor adauga caldura inmagazinata, pierderile de caldura prin gazele arse, prin peretii cuptorului, prin radiatie, prin sistemul de transport al produselor.

Dupa efectuarea bilantului termic al cuptorului, tinand seama de randamentul combustiei, se determina puterea termica necesara arzatorului.

 

Bilantul termic al cuptorului

Schema bilantului termic al cuptorului

Legenda

1 Caldura totala de introdus in cuptor
2 Pierderi prin gazele arse
3 Caldura disponibila
4 Pierderi prin pereti, bolta, vatra
5 Pierderi prin radiatie
6 Pierderi prin sistemul de transport
7 Caldura inmagazinata de cuptor
8 Caldura utila

Caldura utila este acea parte din caldura totala introdusa in cuptor care este utilizata pentru incalzirea materialului.

Acest necesar termic este produsul dintre productia orara de material, caldura specifica a acestuia si diferenta dintre temperatura finala si cea de incepere a procesului.

Caldura specifica este cantitatea de caldura necesara pentru a ridica temperatura masei unitare a unui material cu un grad; ea variaza neliniar fata de temperatura.

Cand cuptorul este in stand-by, caldura utila este egala cu zero, deoarece productia de material incalzit este nula.

Pierderile prin pereti, bolta, vatra reprezinta caldura care traverseaza cuptorul datorita diferentei dintre temperatura interioara si cea a mediului ambiant. Cand cuptorul functioneaza la temperatura constanta, aceste pierderi vor fi si ele constante.

Valoarea pierderilor prin pereti, bolta si vatra se determina efectuand produsul

Pierderi = K x S x Δt

unde K este coeficientul global de schimb de caldura, S este suprafata elementului considerat, iar Δt este diferenta dintre temperatura interna a cuptorului si cea ambianta.

Pierderea totala este suma pierderilor prin fiecare element in parte (perete, bolta, vatra).

Daca peretii, bolta sau vatra sunt realizate din materiale diferite, este necesar sa se efectueze determinarea acestor pierderi separat pentru fiecare material in parte.

Pierderile prin pereti, bolta, vatra se determina atat pentru capacitatea maxima de productie, cat si pentru sarcina minima (sau stand-by).

Caldura inmagazinata de cuptor reprezinta caldura absorbita de materialele din care este construit cuptorul pana la atingerea temperaturii de regim. Ea se pierde de fiecare data cand cuptorul intra in procesul de racire, fiind din nou necesara la pornirea ulterioara a cuptorului; din acest motiv, caldura inmagazinata de cuptoarele cu functionare continua poate fi neglijata fara efecte majore asupra bilantului termic.

Dimpotriva, la cuptoarele cu ciclu frecvent de incalzire-racire, aceasta pierdere de caldura poate fi semnificativa si se determina atat pentru capacitatea maxima de productie, cat si pentru sarcina minima (sau stand-by).

Valoarea caldurii inmagazinate de cuptor se determina efectuand produsul dintre masa materialelor care inmagazineaza energia termica, caldura specifica a acestora si diferenta dintre temperatura finala si cea initiala a procesului.

Si in acest caz se poate face un calcul simplificat, cu o aproximatie rezonabila, efectuand produsul dintre suprafata elementului considerat si caldura specifica inmagazinata in elementul respectiv (evaluari termotehnice in functie de natura, grosimea materialului si diferenta de temperatura).

Pierderile prin radiatie reprezinta energia radianta ce paraseste cuptorul prin deschiderile (golurile) din pereti, usi deschise etc. si se determina efectuand produsul dintre suprafata deschiderii, radiatia corpului negru si factorul de forma; radiatia corpului negru se determina din diagramele specifice), iar factorul de forma poate fi considerat egal cu 1. Pierderile prin radiatie se determina atat pentru capacitatea maxima de productie, cat si pentru sarcina minima (sau stand-by).

Pierderile prin sistemul de transport reprezinta caldura inmagazinata in sistemul de transport al cuptorului (carucioare, banda transportoare, conveier etc.), caldura ce se pierde cand aceste sisteme de transport ies din cuptor.

Considerand sistemul de transport ca si pe materialul incalzit in cuptor, aceasta pierdere de caldura reprezinta produsul dintre masa acestui sistem care iese din cuptor intr-o ora, caldura specifica a acestuia si diferenta dintre temperatura de iesire si cea de intrare din cuptor.

In stand-by, acest tip de pierderi pot fi neglijate.

Caldura disponibila reprezinta diferenta dintre caldura totala introdusa in cuptor si pierderile prin gazele arse.

Caldura disponibila este utilizata pentru a acoperi caldura utila, pierderile prin pereti, bolta, vatra, caldura inmagazinata de cuptor, pierderile prin radiatie si pierderile prin sistemul de transport; ea se obtine deci prin insumarea acestor pierderi; calculul se face atat pentru capacitatea maxima de productie, cat si pentru sarcina minima (sau stand-by).

Caldura totala de introdus in cuptor este puterea termica debitata de arzator (arzatoare) si reprezinta cantitatea totala de caldura necesara procesului tehnologic.

Determinarea caldurii totale se face cunoscand valoarea caldurii disponibile, precum si faptul ca aceasta din urma reprezinta un anume procent din caldura totala de introdus in cuptor. Acest procent se determina din diagrame specifice, in functie de tipul combustibilului, de temperatura gazelor de ardere si de excesul de aer.

Calculul se face atat pentru capacitatea maxima de productie, cat si pentru sarcina minima (sau stand-by).

Pierderile prin gazele arse reprezinta caldura continuta in gazele de ardere care parasesc cuptorul. Valoarea acestor pierderi rezulta prin efectuarea diferentei dintre caldura totala de introdus in cuptor si caldura disponibila.

Rezultatul acestor calcule se inscriu in centralizatorul bilantului termic:

Componenta bilantului termic Cuptorul
la capacitate maxima in stand-by
A. Caldura utila
B. Pierderile prin pereti, bolta, vatra
C. Caldura inmagazinata de cuptor
D. Pierderile prin radiatie
E. Pierderile prin sistemul de transport
Caldura totala de introdus in cuptor

Puterea termica a arzatorului (arzatoarelor) este egala cu valoarea caldurii totale de introdus in cuptor (corespunzatoare productiei la capacitate maxima).

Dupa aceste determinari, se poate calcula randamentul teoretic al cuptorului; acesta este raportul dintre caldura utila corespunzatoare productiei la capacitate maxima x 100 si caldura totala corespunzatoare capacitatii maxime.

De asemenea, se poate determina raportul dintre caldura totala necesara pentru productia maxima si cea din regimul stand-by; acesta va fi avut in vedere la determinarea raportului de modulare al arzatorului (arzatoarelor).

 

Tag-uri: bilant termic cuptor, caldura utila, pierderile prin pereti bolta vatra, caldura inmagazinata de cuptor, pierderi prin radiatie, pierderi prin sistemul de transport, caldura disponibila, caldura totala de introdus in cuptor, pierderi prin gazele arse, puterea termica a arzatorului