“Modellistica dei sistemi energetici”, LS Ingegneria informatica e dell’automazione, a.a....

19
Prof. P. R. Spina “Modellistica dei sistemi energetici”, LS Ingegneria informatica e dell’automazione, a.a. 2009-2010 Prof. Pier Ruggero Spina Prof. Pier Ruggero Spina Dipartimento di Ingegneria Dispensa del corso di “MODELLISTICA DEI SISTEMI ENERGETICI” a.a. 2009-2010 Argomento: Generatori di vapore e condensatori

Transcript of “Modellistica dei sistemi energetici”, LS Ingegneria informatica e dell’automazione, a.a....

Page 1: “Modellistica dei sistemi energetici”, LS Ingegneria informatica e dell’automazione, a.a. 2009-2010 Prof. P. R. Spina Prof. Pier Ruggero Spina Dipartimento.

Prof. P. R. Spina “Modellistica dei sistemi energetici”, LS Ingegneria informatica e dell’automazione, a.a. 2009-2010

Prof. Pier Ruggero SpinaProf. Pier Ruggero SpinaDipartimento di Ingegneria

Dispensa del corso di “MODELLISTICA DEI SISTEMI ENERGETICI”

a.a. 2009-2010

Argomento: Generatori di vapore e condensatori

Page 2: “Modellistica dei sistemi energetici”, LS Ingegneria informatica e dell’automazione, a.a. 2009-2010 Prof. P. R. Spina Prof. Pier Ruggero Spina Dipartimento.

Prof. P. R. Spina “Modellistica dei sistemi energetici”, LS Ingegneria informatica e dell’automazione, a.a. 2009-2010

Generatori di vapore

Page 3: “Modellistica dei sistemi energetici”, LS Ingegneria informatica e dell’automazione, a.a. 2009-2010 Prof. P. R. Spina Prof. Pier Ruggero Spina Dipartimento.

Prof. P. R. Spina “Modellistica dei sistemi energetici”, LS Ingegneria informatica e dell’automazione, a.a. 2009-2010

Generatori di vapore - tipologieGeneratori di vapore - tipologie

• Dimensioni e potenza:– Piccola potenza:

Mv=10-80 kg/s; p0=7 MPa;

– Grande potenza: Mv=1000 kg/s; p0=35 MPa;

• Tipologie costruttive;– A tubi di fumo;

– A tubi d’acqua.

Page 4: “Modellistica dei sistemi energetici”, LS Ingegneria informatica e dell’automazione, a.a. 2009-2010 Prof. P. R. Spina Prof. Pier Ruggero Spina Dipartimento.

Prof. P. R. Spina “Modellistica dei sistemi energetici”, LS Ingegneria informatica e dell’automazione, a.a. 2009-2010

Generatori di vapore – componenti Generatori di vapore – componenti

• Focolare;• Economizzatore;• Evaporatore;• Surriscaldatore;• Preriscaldatore d’aria;• Camino;• Ausiliari• Strumentazione di

regolazione;• Apparecchiature di

manutenzione;• Apparecchiature

antinquinamento.

Page 5: “Modellistica dei sistemi energetici”, LS Ingegneria informatica e dell’automazione, a.a. 2009-2010 Prof. P. R. Spina Prof. Pier Ruggero Spina Dipartimento.

Prof. P. R. Spina “Modellistica dei sistemi energetici”, LS Ingegneria informatica e dell’automazione, a.a. 2009-2010

Generatori di vapore – circuito acqua-vaporeGeneratori di vapore – circuito acqua-vapore

Page 6: “Modellistica dei sistemi energetici”, LS Ingegneria informatica e dell’automazione, a.a. 2009-2010 Prof. P. R. Spina Prof. Pier Ruggero Spina Dipartimento.

Prof. P. R. Spina “Modellistica dei sistemi energetici”, LS Ingegneria informatica e dell’automazione, a.a. 2009-2010

Generatori di vapore – circuito aria-fumiGeneratori di vapore – circuito aria-fumi

Page 7: “Modellistica dei sistemi energetici”, LS Ingegneria informatica e dell’automazione, a.a. 2009-2010 Prof. P. R. Spina Prof. Pier Ruggero Spina Dipartimento.

Prof. P. R. Spina “Modellistica dei sistemi energetici”, LS Ingegneria informatica e dell’automazione, a.a. 2009-2010

Generatori di vapore – combustibili Generatori di vapore – combustibili

• Combustibili solidi:– Rifiuti, coke, antracite, carboni bituminosi,ligniti, coke di petrolio, legno.

• Combustibili liquidi:– Oli combustibili.

• Combustibili gassosi:– Gas naturale (metano).

Page 8: “Modellistica dei sistemi energetici”, LS Ingegneria informatica e dell’automazione, a.a. 2009-2010 Prof. P. R. Spina Prof. Pier Ruggero Spina Dipartimento.

Prof. P. R. Spina “Modellistica dei sistemi energetici”, LS Ingegneria informatica e dell’automazione, a.a. 2009-2010

Generatori di vapore – bruciatori Generatori di vapore – bruciatori

• Bruciatori circolari (< 50 MW)• Bruciatori a cella (< 150 MW) • Focolari a ciclone

Polverino di carbone, olio combustibile, gas naturale (anche miscelati).

Page 9: “Modellistica dei sistemi energetici”, LS Ingegneria informatica e dell’automazione, a.a. 2009-2010 Prof. P. R. Spina Prof. Pier Ruggero Spina Dipartimento.

Prof. P. R. Spina “Modellistica dei sistemi energetici”, LS Ingegneria informatica e dell’automazione, a.a. 2009-2010

Generatori di vapore a tubi di fumoGeneratori di vapore a tubi di fumo

• A tubi di fumo:– Piccola potenza: Gv=10

kg/s; p0=2 Mpa;– Trazione ferroviaria;– Trasmissione del calore:

convezione;– Tipologie:

• Fondo bagnato;• Fondo asciutto;

– Adatta per carichi variabili.

Page 10: “Modellistica dei sistemi energetici”, LS Ingegneria informatica e dell’automazione, a.a. 2009-2010 Prof. P. R. Spina Prof. Pier Ruggero Spina Dipartimento.

Prof. P. R. Spina “Modellistica dei sistemi energetici”, LS Ingegneria informatica e dell’automazione, a.a. 2009-2010

Generatori di vapore a tubi d’acquaGeneratori di vapore a tubi d’acqua

• A tubi d’acqua:– Grandi potenze: fino a Gv=1200 kg/s; p0=24 Mpa;– Migliore trasmissione del calore;– Alte pressioni di esercizio (piccoli tubi all’interno dei quali scorre

acqua-vapore);– Elevato rapporto superfice di riscaldamento/volume del

generatore: elevata portata di vapore;– Pronta messa in funzione (tubi di piccolo diametro); – Tipologie:

• A convezione;• Ad irraggiamento.

Page 11: “Modellistica dei sistemi energetici”, LS Ingegneria informatica e dell’automazione, a.a. 2009-2010 Prof. P. R. Spina Prof. Pier Ruggero Spina Dipartimento.

Prof. P. R. Spina “Modellistica dei sistemi energetici”, LS Ingegneria informatica e dell’automazione, a.a. 2009-2010

Generatori di vapore a tubi d’acqua a convezioneGeneratori di vapore a tubi d’acqua a convezione

• Rilevante fascio tubiero (vaporizzatori);

• Potenze: medio-piccole; Gv=100-150 kg/s; p0=10 Mpa;

• I primi generatore avevano i fasci di tubi vaporizzatori sub-orizzontali;

• Circolazione naturale (acqua scende nei tubi “freddi” e vaporizza in quelli “caldi”);

• Dotati di surriscaldatore;

Page 12: “Modellistica dei sistemi energetici”, LS Ingegneria informatica e dell’automazione, a.a. 2009-2010 Prof. P. R. Spina Prof. Pier Ruggero Spina Dipartimento.

Prof. P. R. Spina “Modellistica dei sistemi energetici”, LS Ingegneria informatica e dell’automazione, a.a. 2009-2010

Generatori di vapore a tubi d’acqua ad irragiamentoGeneratori di vapore a tubi d’acqua ad irragiamento

• Generatori di grandi potenze: Gv=60-1300 kg/s; fino p0=27 Mpa producendo fino a 1000 MW;

• Scambio termico per irraggiamento;• Vapore generato nei tubi che formano le pareti del focolare;• Fascio tubiero vaporizzatore di più modeste dimensioni;• Sistema a caldaia pressurizzata (raramente tiraggio bilanciato);• Circolazione circuito acqua vapore assistita o forzata;• Sistema di ricircolo dei gas di scarico: permette di diluire i gas

combusti con fumi relativamente freddi (uscita dal preriscaldatore);

Page 13: “Modellistica dei sistemi energetici”, LS Ingegneria informatica e dell’automazione, a.a. 2009-2010 Prof. P. R. Spina Prof. Pier Ruggero Spina Dipartimento.

Prof. P. R. Spina “Modellistica dei sistemi energetici”, LS Ingegneria informatica e dell’automazione, a.a. 2009-2010

Generatori di vapore ad irragiamento – componenti Generatori di vapore ad irragiamento – componenti

Tubi surriscaldatori

Page 14: “Modellistica dei sistemi energetici”, LS Ingegneria informatica e dell’automazione, a.a. 2009-2010 Prof. P. R. Spina Prof. Pier Ruggero Spina Dipartimento.

Prof. P. R. Spina “Modellistica dei sistemi energetici”, LS Ingegneria informatica e dell’automazione, a.a. 2009-2010

Generatori di vapore ad irragiamento – componenti Generatori di vapore ad irragiamento – componenti

Page 15: “Modellistica dei sistemi energetici”, LS Ingegneria informatica e dell’automazione, a.a. 2009-2010 Prof. P. R. Spina Prof. Pier Ruggero Spina Dipartimento.

Prof. P. R. Spina “Modellistica dei sistemi energetici”, LS Ingegneria informatica e dell’automazione, a.a. 2009-2010

Generatori di vapore a tubi d’acqua ad irragiamentoGeneratori di vapore a tubi d’acqua ad irragiamento

• Vantaggi del surriscaldatore ad irraggiamento:– Costi e dimensioni ridotte a parità di assorbimento;– Miglior controllo della temperatura;

• Svantaggi del surriscaldatore ad irraggiamento:– A causa dell’alto flusso termico non può essere usato come

surriscaldatore finale;– Deve mantenere velocità di attraversamento abbastanza elevate per

evitare aumenti eccessivi della temperatura di parete;• Combinazione di serie di elementi ad irragiamento ed a convezione per

avere un assorbimento al kg di vapore costante al variare del carico

Page 16: “Modellistica dei sistemi energetici”, LS Ingegneria informatica e dell’automazione, a.a. 2009-2010 Prof. P. R. Spina Prof. Pier Ruggero Spina Dipartimento.

Prof. P. R. Spina “Modellistica dei sistemi energetici”, LS Ingegneria informatica e dell’automazione, a.a. 2009-2010

Generatori di vapore ad irragiamento – economizzatore Generatori di vapore ad irragiamento – economizzatore

• A valle vaporizzatore e surriscaldatori i gas combusti sono ancora molto caldi;

• L’economizzatore recupera questo calore fornendolo all’cqua di alimento;

• Tgas combusti=20°C =1%;• Per gli impianti:

– Di grande dimensione (con preriscaldatore): all’uscita Tg ci=300-350°C, Tacqua=200-250°C, all’ingresso Tacqua=100°C nessun pericolo corrosioni S03;

– Di piccole dimensioni (senza preriscaldatore): le temperature sono più basse per evitare il pericolo corrosioni S03 bisogna utilizzare tubi in ghisa.

Page 17: “Modellistica dei sistemi energetici”, LS Ingegneria informatica e dell’automazione, a.a. 2009-2010 Prof. P. R. Spina Prof. Pier Ruggero Spina Dipartimento.

Prof. P. R. Spina “Modellistica dei sistemi energetici”, LS Ingegneria informatica e dell’automazione, a.a. 2009-2010

Generatori di vapore ad irraggiamento (circol. forzata)Generatori di vapore ad irraggiamento (circol. forzata)

Page 18: “Modellistica dei sistemi energetici”, LS Ingegneria informatica e dell’automazione, a.a. 2009-2010 Prof. P. R. Spina Prof. Pier Ruggero Spina Dipartimento.

Prof. P. R. Spina “Modellistica dei sistemi energetici”, LS Ingegneria informatica e dell’automazione, a.a. 2009-2010

Condensatori

Page 19: “Modellistica dei sistemi energetici”, LS Ingegneria informatica e dell’automazione, a.a. 2009-2010 Prof. P. R. Spina Prof. Pier Ruggero Spina Dipartimento.

Prof. P. R. Spina “Modellistica dei sistemi energetici”, LS Ingegneria informatica e dell’automazione, a.a. 2009-2010

Schema di un condensatoreSchema di un condensatore