Generatorul de Abur

Generatorul de abur reprezinta o instalatie termicÎ care utilizeazÎ energia termica rezultatÎ prin arderea combustibililor clasici sau prin reactiile de fisiune nuclearÎ pentru a transforma apa in vapori saturati sau supraîncalziti.

Generatoarele de abur cu combustibili clasici pentru instalatiile energetice furnizeaza aburul supraîncalzit turbinei de abur, masina termica care antreneaza la rândul ei generatorul electric. In acest fel, se ajunge de la energia termica produsÎ prin arderea combustibililor, la lucru mecanic produs la arborele turbinei si in final la energie electrica produsa de generatorul electric însotita de o oarecare cantitate de energie termica, având drept suport fizic abur de parametri mai scazuti, utilizata in reteaua de termoficare sau pentru alte utilitati.

Ciclul de functionare al unei instalatii energetice cu abur este ciclul Clausius-Rankine. Scheme instalatiei este prezentata in figura 1, in timp ce in figura 2 sunt reprezentate fazele de realizare a acestui ciclu in coordonate T-s, deoarece in aceasta diagrama fazele de lucru apar nedeformate iar caldurile transferate apar ca simple suprafete.

GA.

Pompa de apa PA preia apa cu starea 1 de lichid saturat provenita de la condensatorul instalatiei având presiunea ( p1) si produce modificarea de stare 1-2, adicÎ ridicÎ presiunea apei pâna la presiunea de functionare a cazanului, (p2). Pe parcursul acestei „comprimari” adiabatice, din cauza frecarilor din pompÎ apa se încalzeste cu circa 3-5 OC pastrându-si aceeasi entropie, s1=s2. Pentru realizarea acestei transformÎri, pompa de apÎ consumÎ lucrul mecanic de comprimare, l1-2. Starea 2 a apei la iesirea din pompÎ este cea de lichid subrÎcit.

Apa refulata de pompa de alimentare a cazanului, având presiunea p2 este introdusa in preîncalzitorul de apa al cazanului, Ec, unde se preîncalzeste izobar (p2=p3) pâna la temperatura T3, de saturatie, cu care patrunde in tamburul T al cazanului. Procesul de preîncalzire al apei se desfasoara la presiunea de functionare a cazanului pe baza caldurii preluate de apÎ de la gazele de ardere generate in focarul cazanului, ajunse la o temperaturÎ relativ scÎzutÎ, circa 180 oC, dupÎ ce au cedat cÎldurÎ celorlalte aparate schimbÎtoare de cÎldurÎ ale cazanului montate in amonte de preîncalzitorul de apÎ. Din cauza continutului de caldurÎ redus al gazelor din zona preîncalzitorului de apÎ, caldurÎ care mai poate fi folosita cel mult la preîncalzirea aerului de combustie, se poate considera cÎ acest aparat recupereazÎ ultimele resurse calorice ale gazelor de ardere. DacÎ preîncalzirea apei s-ar produce pe baza unui consum suplimentar de energie termicÎ, intr-un aparat separat de instalatia de cazan, s-ar reduce mult randamentul termodinamic brut al cazanului, tocmai din cauza unui consum suplimentar de energie termicÎ introdusÎ in circuitul generatorului de abur de la o sursÎ exterioarÎ, care la rândul ei ar consuma energie pentru a o ceda apei.. Tocmai din acest motiv, preincÎlzitorul de apÎ al cazanului poartÎ numele de economizor, Ec.

Preîncalzirea apei este necesarÎ din motive economice, pentru a folosi vaporizatorul cazanului strict pentru transformarea lichidului saturat in vapori saturati, dar si din motive de sigurantÎ in functionare, evitându-se in acest fel vaporizarea bruscÎ a apei introdusÎ in tambur, care ar supune peretii tamburului la eforturi mecanice mari, putând produce fisurarea acestora.

Lichidul saturat din economizor pÎtrunde in tamburul T al cazanului. Pe la partea inferioarÎ a tamburului, lichidul intra in tevile coborâtoare ale sistemului vaporizator V, ajunge in colectorul inferior CI si apoi îsi urmeaza calea ascendentÎ prin ecranele de tevi urcÎtoare ale vaporizatorului înapoi cÎtre tambur. Pe acest parcurs, tambur -tevi coborâtoare-tevi urcatoare - tambur, circuit care caracterizeaza cazanele cu circulatie naturala si cunoscut sub numele de bucla de circulatie naturalÎ, lichidul saturat se transforma in amestec lichid -vapori saturati. Separarea lichidului de abur se face gravitational, in tamburul cazanului, aburul saturat luând drumul cÎtre supraîncalzitorul cazanului pe la partea superioarÎ a tamburului, in timp ce lichidul nevaporizat din tambur împreuna cu lichidul venit din economizor in locul aburului produs, reintrÎ in bucla de circulatie prin tevile coborâtoare ale sistemului vaporizator legate la partea inferioarÎ a tamburului.

Procesul de vaporizare al apei in vaporizatorul cazanului, este reprezentat in diagrama T -s de izoterma 3 - 4, suprapusÎ cu izobara mÎrginitÎ de aceleasi puncte. Pe parcursul acestui proces, apa parcurge succesiv stÎrile lichid saturat (x=0, punctul3), vapori umezi (palierul orizontal 3 -4), vapori saturati uscati (x = 1, punctul 4). Vaporizarea este un proces obligatoriu pentru toate generatoarele de abur, care se desfÎsoarÎ, asa cum se stie, in conditii izoterme (T3 = T4) si izobare, la presiunea de functionare a cazanului (p3 =p4). Aria de sub curba transformÎrii 3-4, in diagrama T-s, reprezintÎ cÎldura de vaporizare introdusÎ in apa de cazan in scopul vaporizÎrii acesteia.