Esercizioimpiantovapore2spillamenti

File:C:\Esercitazioni FTMAC\EES\Impianto vapore 2 spill.EES 12/05/2005 8.23.20 EES Ver. 7.184: #1736: Dipartimento di Energetica "Sergio Stecco", Università di Firenze

6

4

5

13 10

7

8

16

9 11

12 15

14

1≡≡≡≡18

17

3

2

Figura 1 - Schema dell'impianto Superficie scambio

T

DTI

DTU

Spillamento

Acqua alimento

0 % 100 %

IMPIANTO A VAPORE CON DUE SPILLAMENTI, DEGASAGGIO E RISURRISCALDAMENTO

DF 14/03/2000 - Revisione 10/05/2005

Sia dato l'impianto a vapore della figura1, cui corrisponde il ciclo termodinamico di Figura 2 nel piano T-s e di figura 3 nel pianoh-s..

Sono noti:

· Rendimento turbina AP h=0.83· Rendimento turbina BP h=0.92· Rendimento meccanico del turbo alternatore h=0.99· Rendimento elettrico del turbo alternatore h=0.98. Le temperature di surriscaldamento e risurriscaldamento del vapore. Le pressioni agli spillamenti e quella al condensatore, come indicato in figura 1

Calcolare:1. Rendimento del ciclo reale2. Portata di vapore in caldaia per ottenere la potenza nominale di 332 Mwe3. Portate ed entalpie dei vari spillamenti e drenaggi

Dati

-------

p6 = 35 [bar] Pressione ingresso corpo bassa pressione

T6 = 538 [°C] Temperatura ingresso corpo bassa pressione


p4 = 170 [bar] Pressione ingresso corpo alta pressione

T4 = 538 [°C] Temperatura ingresso corpo alta pressione

p7 = 0,05 [bar] Pressione al condensatore

p10 = 5 [bar] Pressione al degasatore

p13 = 25 [bar] Pressione spillamento bassa pressione

p16 = 90 [bar] Pressione spillamento alta pressione

p5 = 35 [bar] Pressione uscita corpo turbina alta pressione

W = 332000 [kW] Potenza richiesta in uscita dall'impianto

ηTap = 0,83 Rendimento isoentropico turbina alta pressione

ηTbp = 0,92 Rendimento isoentropico turbina bassa pressione

ηm = 0,99 Rendimento meccanico gruppo turboalternatore

ηe = 0,98 Rendimento elettrico gruppo turboalternatore

DTIAP1 = 5 [°C] Differenza di temperatura di approach all'ingresso rigeneratore AP1

DTUAP1 = 0 [°C] Differenza di temperatura di approach all'uscita rigeneratore AP1

DTIAP2 = 5 [°C] Differenza di temperatura di approach all'ingresso rigeneratore AP2

DTUAP2 = 0 [°C] Differenza di temperatura di approach all'uscita rigeneratore AP2

Soluzione

------------

Calcolo entalpie ed entropie (definizione termodinamica dei vari punti)

h6 = h 'SteamNBS' ; T =T6 ; P =p6 vapore surriscaldato a T e p note => Tabelle o diagramma di Mollier

s6 = s 'SteamNBS' ; T =T6 ; P =p6 vapore surriscaldato a T e p note => Tabelle o diagramma di Mollier

h4 = h 'SteamNBS' ; T =T4 ; P =p4 vapore surriscaldato a T e p note => Tabelle o diagramma di Mollier

s4 = s 'SteamNBS' ; T =T4 ; P =p4 vapore surriscaldato a T e p note => Tabelle o diagramma di Mollier

h5s = h 'SteamNBS' ; s =s4 ; P =p5 Entalpia punto 5 isoentropico

h5 = h4 – ηTap · h4 – h5s

Entalpia punto 5 reale, calcolato con la definizione di rendimento isoentropico dell'espansione nel tratto 4-5

Spillamento AP (rigeneratore AP2)


h16 = h4 – ηTap · h4 – h16s



x16 = x 'SteamNBS' ; h =h16 ; P =p16

Verifica del titolo spillamento punto 16 AP (Se si trova sulle tabelle del surriscaldato è x=1=100%)

Primo spillamento (rigeneratore AP1)


h13 = h6 – ηTbp · h6 – h13s


x13 = x 'SteamNBS' ; h =h13 ; P =p13

Verifica del titolo spillamento punto 13 BP (Se si trova sulle tabelle del surriscaldato è x=1=100%)

Secondo spillamento (Degasatore)


h10 = h6 – ηTbp · h6 – h10s


T10 = T 'SteamNBS' ; h =h10 ; P =p10

x10 = x 'SteamNBS' ; h =h10 ; P =p10 Titolo spillamento punto 10 BP

Uscita turbina bassa pressione



h7 = h6 – ηTbp · h6 – h7s

Temperatura di saturazione corrispondente alla pressione p7 al condensatore

T7 = T 'SteamNBS' ; h =h7 ; P =p7

Titolo a fine espansione BP, calcolato con funzione implicita oppure con h7=h7l+x7*(h7g-h7l)

x7 = x 'SteamNBS' ; h =h7 ; P =p7

Uscita dal condensatore

p8 = p7 Stessa pressione perché è vapore saturo

Liquido saturo all'uscita del condensatore, dalle tabelle del saturo a p8 o sulla curva limite inferiore del Mollier h-s

h8 = h 'SteamNBS' ; x =0 ; P =p8

T8 = T7 Stessa temperatura perché è vapore saturo

Ingresso degasatore

Pressione di spillamento uguale alla pressione di saturazione uguale alla pressione del liquido

p9 = p10


h9 = h 'SteamNBS' ; T =T8 ; P =p9 Entalpia dell'acqua di alimento all'ingresso del degasatore

Uscita dal degasatore

Esce liquido saturo alla pressione dello spillamento, quindi curva limite inferiore sul Mollier oppure tabelle del saturo: h11=hl(p=p,9)

h11 = h 'SteamNBS' ; x =0 ; P =p9

T11 = T 'SteamNBS' ; x =0 ; P =p9 [°C], temperatura di saturazione alla p9

p11 = p10 [bar]

Uscita pompa di alimento

p12 = p4 [bar]

T12 = T11 [°C] si suppone di poter trascurare la variazione di temperatura dovuta al pompaggio del liquido

Entalpia del liquido in pressione alla T12 e p12 letta sulle tabelle del liquido o sul Mollier

h12 = h 'SteamNBS' ; T =T12 ; P =p12

Uscita rigeneratore AP1 (punti 14 e 15)

Temperatura di drenaggio (sottoraffreddamento) dello spillamento AP1 per il valore fissato di DTIAP1

T14 = T12 + DTIAP1 [°C]

p14 = p13 [bar]

h14 = h 'SteamNBS' ; T =T14 ; P =p14

Tsat13 = T 'SteamNBS' ; x =0 ; P =p13 [°C] T di saturazione spillamento 13

Temperatura dell'acqua di alimento all'uscita del rigeneratore AP1 per il valore fissato DTUAP1

T15 = Tsat13 – DTUAP1

p15 = p12 [bar]

h15 = h 'SteamNBS' ; T =T15 ; P =p15 Entalpia dell'acqua di drenaggio sottoraffreddata a p15 e T15

Uscita rigeneratore AP2 (punti 18 e 17)

Temperatura di drenaggio (sottoraffreddamento) dello spillamento AP2 per il valore fissato di DTIAP2

T17 = T15 + DTIAP2 [°C]

p17 = p16 [bar]

h17 = h 'SteamNBS' ; T =T17 ; P =p17

Tsat16 = T 'SteamNBS' ; x =0 ; P =p16 [°C] T di saturazione spillamento 16

Temperatura dell'acqua di alimento all'uscita del rigeneratore AP2 per il valore fissato DTUAP2

T18 = Tsat16 – DTUAP2

p18 = p15 [bar]


h18 = h 'SteamNBS' ; T =T18 ; P =p18 Entalpia dell'acqua di drenaggio sottoraffreddata a p18 e T18

Bilanci massici (portate nei punti)

m7 = m6 – m13 – m10 [kg/s] Portata massica ingresso al condensatore

m8 = m7 [kg/s] Conservazione portata massica al condensatore

m9 = m8 [kg/s] Conservazione portata massica alla pompa di estrazione condensa

m11 = m9 + m10 + m14 [kg/s] Bilancio massico ingresso/uscita al degasatore

m12 = m11 [kg/s] Conservazione portata massica alla pompa di alimento

m14 = m13 + m17 [kg/s] Bilancio massico ingresso/uscita sul lato condensa al rigeneratore AP1

m15 = m12 [kg/s] Bilancio massico ingresso/uscita sul lato acqua al rigeneratore AP1

m17 = m16 [kg/s] Bilancio massico ingresso/uscita sul lato condensa al rigeneratore AP2

m16 = m4 – m5 [kg/s] Bilancio massico ingresso/uscita turbina alta pressione

m18 = m15 [kg/s] Bilancio massico ingresso/uscita sul lato acqua al rigeneratore AP2

m4 = m18 [kg/s] Bilancio massico ingresso/uscita al generatore di vapore

Bilancio energetico al degasatore

m9 · h9 + m10 · h10 + m14 · h14 = m11 · h11

Bilancio energetico allo scambiatore AP1

m13 · h13 + m12 · h12 + m17 · h17 = m15 · h15 + m14 · h14

Bilancio energetico allo scambiatore AP2

m16 · h16 + m15 · h15 = m17 · h17 + m18 · h18

Calcolo potenza dei corpi turbina

Alta pressione

W AP = m4 · h4 – h16 + m4 – m16 · h16 – h5 [kW]

Bassa pressione

W BP = m6 · h6 – h13 + m6 – m13 · h13 – h10 + m6 – m13 – m10 · h10 – h7 [kW]

Potenza assorbita dalle pompe

Pompa di estrazione delle condense dal condensatore

W PEC = m8 · h9 – h8 [kW]

Pompa di Alimento

W PA = m11 · h12 – h11 [kW]

Potenza netta dell'impianto = potenza W richiesta dai dati di progetto


W AP + W BP – W PEC – W PA = W

Potenza termica fornita dall'esterno in ingresso all'impianto

Q1 = m6 · h6 – h5 + m4 · h4 – h18

Rendimento netto dell'impianto

η = WQ1

Grado di rigenerazione dell'impianto

R = h18 – h8

h 'SteamNBS' ; x =0 ; P =p4 – h8

SOLUTIONUnit Settings: [kJ]/[C]/[bar]/[kg]/[degrees]DTIAP1 = 5 [°C] DTIAP2 = 5 [°C] DTUAP1 = 0 [°C]DTUAP2 = 0 [°C] η = 0,4616 η = 0,4616 ηe = 0,98 ηm = 0,99 ηTap = 0,83 ηTbp = 0,92 h10 = 3004 [kJ/kg] h10s = 2958 [kJ/kg] h11 = 640,3 [kJ/kg]h12 = 650,5 [kJ/kg] h13 = 3428 [kJ/kg] h13s = 3418 [kJ/kg]h14 = 663,1 [kJ/kg] h15 = 966 [kJ/kg] h16 = 3230 [kJ/kg]h16s = 3197 [Btu/lb] h17 = 986,6 [kJ/kg] h18 = 1354 [kJ/kg]h4 = 3393 [kJ/kg] h5 = 3027 [kJ/kg] h5s = 2952 [kJ/kg]h6 = 3537 [kJ/kg] h7 = 2321 [kJ/kg] h7s = 2216 [kJ/kg]h8 = 137,7 [kJ/kg] h9 = 138,2 [kJ/kg] m10 = 36,91 [kg/s]m10 = 36,91 [kg/s]m11 = 292,2 [kg/s] m12 = 292,2 [kg/s] m13 = 27,42 [kg/s]m13 = 27,42 [kg/s]m14 = 77,96 [kg/s] m15 = 292,2 [kg/s] m16 = 50,54 [kg/s]m16 = 50,54 [kg/s]m17 = 50,54 [kg/s] m18 = 292,2 [kg/s]m18 = 292,2 [kg/s] m4 = 292,2 [kg/s]m5 = 241,6 [kg/s] m6 = 241,6 [kg/s] m7 = 177,3 [kg/s]m8 = 177,3 [kg/s] m9 = 177,3 [kg/s] p10 = 5 [bar]p11 = 5 [bar] p12 = 170 [bar] p13 = 25 [bar]p14 = 25 [bar] p15 = 170 [bar] p16 = 90 [bar]p17 = 90 [bar] p18 = 170 [bar] p4 = 170 [bar]p5 = 35 [bar] p6 = 35 [bar] p7 = 0,05 [bar]p8 = 0,05 [bar] p9 = 5 [bar] Q1 = 719201 [kJ/kg]R = 0,7836 R = 0,7836 s4 = 6,401 [kJ/kg-K] s6 = 7,266 [kJ/kg-K]T10 = 271,4 [°C] T11 = 151,8 [°C] T12 = 151,8 [°C]T14 = 156,8 [°C] T15 = 224 [°C] T17 = 229 [°C]T18 = 303,4 [°C] T4 = 538 [°C] T6 = 538 [°C]T7 = 32,88 [°C] T8 = 32,88 [°C] Tsat13 = 224 [°C]Tsat16 = 303,4 [°C] W = 332000 [kW] WAP = 96840 [kW]WBP = 238234 [kW] WPA = 2995 [kW] WPEC = 79,33 [kW]x10 = 100 x13 = 100 x16 = 100 x7 = 0,9013

4 potential unit problems were detected.


-2,0 -1,0 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0 11,0 12,00

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

600

650

700

s [kJ/kg-K]

T [°

C]

170 bar

90 bar

35 bar 25 bar

5 bar

0,05 bar

Figura 2 - Ciclo sul piano T-s

4

5

6

16

13

17

1=1810

11

78

9

2 3

12

15

14

5s

6s


1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0 11,0

200400600800

1000120014001600180020002200240026002800300032003400360038004000

s [kJ/kg-K]

h [k

J/kg

]

170 bar 90 bar 35 bar 25 bar

5 bar

0,05 bar

Figura 3 - Ciclo sul piano h-s

7

8

9

1112

15

14

13

16

17

1=18

4

5

6

10

2

3

5s

6s

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