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Roberto Lensi 1. Complementi sui sistemi termici Pag. 1

Dipartimento di Energetica Università degli Studi di Pisa

UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI PISA

FACOLTÀ DI INGEGNERIA

1. Complementi sui sistemi termici

Roberto Lensi

DIPARTIMENTO DI ENERGETICA

Anno Accademico 2003-04



IMPIANTO MOTORE A VAPORE


Di
partimento di Energetica Università degli Studi di Pisa
Schema d’impianto motore a vapore(circuito elementare)

LegendaC Caldaia (Generatore di vapore)e Economizzatore (riscaldamento acqua)b Boiler (evaporazione acqua)s Surriscaldatore (surriscaldamento vapore)T Turbina a vaporeU Utilizzatore dell’energia meccanica

(alternatore)K Condensatore del vaporep.c. Pozzo caldo del condensatorePe Pompa di estrazione del condensatoZ Serbatoio d’acqua (fittiziamente aperto)Pa Pompa di alimentazione acqua in caldaia



Diagramma di Sankey (bilancio di energia)

Bilancio energetico di un impianto motore a vapore



Diagramma di Grassmann (bilancio di exergia)

Bilancio exergetico di un impianto motore a vapore


D

Condensazione del vapore e determinazione della pressione bassa (PL)

Condensazione del vapore: a) di tipo aperto; b) di tipo chiuso con torre di raffreddamento

Torri di raffreddamento: a) ad umido, con circolazione naturale; b) a secco, con circolazione forzata

ipartimento di Energetica Università degli Studi di Pisa



Condensazione: irreversibilità per scambio termico sotto una differenza finita di temperatura

Torre evaporativa

Torre di raffreddamento a secco



Determinazione delle condizioni ottimali in caldaia

Determinazione della pressione alta (PH) ottimale nel caso di un ciclo Rankine

Determinazione della pressione alta (PH) ottimale nel caso di un ciclo Hirn


D

Ciclo Hirn con risurriscaldamento del vapore

Ciclo Hirn con un risurriscaldamento (RH)

Schema di impianto motore a vapore con unrisurriscaldamento

LegendaA1 Regione: generatore di vaporeC Caldaia (Generatore di vapore)S Surriscaldatore del vapore (SH)S' Risurriscaldatore del vapore (RH)A2 Regione: sala macchineTAP Turbina a vapore di Alta PressioneTBP Turbina a vapore di Bassa Pressione

U Utilizzatore energia meccanica(alternatore)

A3 Regione: condensatore e pompeK Condensatore del vaporePe Pompa di estrazione del condensatoZ Serbatoio acqua (fittiziamente aperto)Pa Pompa alimentazione acqua in caldaia


Ciclo Hirn con un risurriscaldamento Ciclo Hirn scomposto in cicli parziali



Spillamenti di vapore

Scambio di calore rigenerativo

Rigenerazione mediante spillamenti di vapore

Schema d’impianto e ciclo Hirn nel piano di Mollier, per un unico gradino di rigenerazione

Prelievo isobaro di vapore


Dipartimento di Energetica

Grado di rigenerazione:

0 1 0( ) /( )xR h h h h= − −

Ciclo Hirn nel piano entropico, per un unicogradino di rigenerazione

Schema d’impianto con due gradini dirigenerazione

Incremento di rendimento per rigenerazionecontinua e per un unico gradino di rigenerazione,

in funzione del grado di rigenerazione

Ciclo Hirn nel piano di Mollier, per due gradinidi rigenerazione

Incremento di rendimento per rigenerazionecontinua e per uno, due, tre e quattro gradini di

rigenerazione, in funzione del grado dirigenerazione

Università degli Studi di Pisa


Dipartimento d

Incremento percentuale di rendimento in funzione del calore fornito all’acqua di alimento medianterigenerazione

Schema d’

Schema d’im(R1 e R2) e

impianto motore a vapore con risurriscaldamento del vapore e 6 spillamenti rigenerativi

i
pianto motore a vapore con 4 scambiatori rigenerativi a superficie, due di alta pressionedue di bassa pressione (R4 e R5) ed uno a miscelazione (R3) a pressione intermedia con
funzione di degasatore e di serbatoio di accumulo

Energetica Università degli Studi di Pisa



Gruppi a vapore unificati Enel (sottocritici e sovracritici)

Scambiatore rigenerativo a miscelazione con funzi

A Acqua da trattare;B Vapore;C Recipiente di accumulo di

acqua trattata;D Vapore ausiliario per il

preriscaldamento all’avvio;E Gas liberati (e vapore);P Piatti;R Condensa secondaria;T Torre;V Acqua trattata inviata alla

pompa principale dialimentazione.


one di degasatore



Scambiatore rigenerativo a superficie



Processo di combustione

Schema di un processo di combustione

Determinazione della temperatura di combustione adiabatica

Influenza dell’eccesso d’aria sulla temperatura di combustione adiabatica



Irreversibilità di combustione

Riduzione delle irreversibilità di combustione:

1) combustione isocora;2) combustione con aria arricchita in ossigeno;3) preriscaldamento dei reagenti.

Combustione adiabatica

Irreversibilità di combustione adiabatica

Irreversibilità di combustione adiabatica

Riduzione delle irreversibilitàmediante preriscaldamento dei reagenti



Dispersioni termiche Irreversibilità dovuta alle dispersioni termiche

Irreversibilità di combustione adiabatica Irreversibilità di combustione non adiabatica



Generatori di vapore

Rappresentazione schematica di un generatore di vapore

Flussi energetici in un generatore di vapore



Generatore di vapore a circolazione naturale


Dipar

Percorso aria – fumi in un generatore di vapore

timento di Energetica Università degli Studi di Pisa

Percorso acqua – vapore in un generatore di vapore



Analisi energetica ed exergetica di un generatore di vapore: schema

Analisi energetica ed exergetica di un generatore di vapore: diagramma entropico



Generatore di vapore a combustibile solido: le varie sottoregioni (a) e il diagramma di Grassmann (b)

Tiraggio bilanciato in un generatore di vapore



Preriscaldatore dell’aria

Combustione e scambio term
ico nel generatore di vapore

comburente (Ljungstrom)


Dipartimento di En

Influenza del pr

Preriscaldamento dell’aria di combustione

ergetica Università degli Studi di Pisa

eriscaldamento dell’aria di combustione sulla temperatura di combustione adiabatica



Valutazione delle dispersioni di energia termica

Temperatura di condensa acida: influenza del tenore di zolfo del combustibile e dell’eccesso d’aria



Temperatura di condensa acida: influenza del tenore di zolfo del combustibile e dell’umidità dei fumi



Motrici dinamiche (turbine)

Processo di espansione(a) control region; (b) diagramma di Grassmann; (c) caso adiabatico, ideale e reale

Espansione adiabatica1-2' caso ideale; 1-2 caso reale

Processi di espansione adiabaticarendimento exergetico e rendimento isoentropico


D

Turbina


Stadio di turbina assiale1 – ugello o boccaglio (statore)

2 – condotti mobili (rotore)

Espansione adiabatica reversibile in uno stadio di turbina a reazione:espansione (da 0 a 1) nei condotti fissi seguita dall’espansione (da 1 a 2) nei condotti mobili



Triangoli delle velocità relativi ad uno stadio di turbina assiale ad azionein condizioni di massimo rendimento (scarico assiale)

Triangoli delle velocità relativi ad uno stadio di turbina assiale ad azione



Stadio a reazione di una turbina assiale1 – paletta statorica2 – paletta rotorica

Triangoli delle velocità relativi ad uno stadio di turbina assiale a reazione(con grado di reazione R = 0,5) in condizioni di massimo rendimento (scarico assiale)


D
Turbina a vapore da 700 MW (in primopiano si ha il corpo di alta pressione seguitoda quello di media pressione a doppio flussoche precede i due corpi di bassa pressione traloro in parallelo ed entrambi a doppio flusso)

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