UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI PISA. 1. Complementi sui sistemi termici. Roberto Lensi

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1 Roberto Lensi 1. Complementi sui sistemi termici Pag. 1 UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI PISA FACOLTÀ DI INGEGNERIA 1. Complementi sui sistemi termici Roberto Lensi DIPARTIMENTO DI ENERGETICA Anno Accademico

2 Roberto Lensi 1. Complementi sui sistemi termici Pag. 2 IMPIANTO MOTORE A VAPORE

3 Roberto Lensi 1. Complementi sui sistemi termici Pag. 3

4 Roberto Lensi 1. Complementi sui sistemi termici Pag. 4 C e b s T U K p.c. Pe Z Pa Legenda Caldaia (Generatore di vapore) Economizzatore (riscaldamento acqua) Boiler (evaporazione acqua) Surriscaldatore (surriscaldamento vapore) Turbina a vapore Utilizzatore dell energia meccanica (alternatore) Condensatore del vapore Pozzo caldo del condensatore Pompa di estrazione del condensato Serbatoio d acqua (fittiziamente aperto) Pompa di alimentazione acqua in caldaia Schema d impianto motore a vapore (circuito elementare)

5 Roberto Lensi 1. Complementi sui sistemi termici Pag. 5 Diagramma di Sankey (bilancio di energia) Bilancio energetico di un impianto motore a vapore

6 Roberto Lensi 1. Complementi sui sistemi termici Pag. 6 Diagramma di Grassmann (bilancio di exergia) Bilancio exergetico di un impianto motore a vapore

7 Roberto Lensi 1. Complementi sui sistemi termici Pag. 7 Condensazione del vapore e determinazione della pressione bassa (P L ) 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

8 Roberto Lensi 1. Complementi sui sistemi termici Pag. 8 Condensazione: irreversibilità per scambio termico sotto una differenza finita di temperatura Torre di raffreddamento a secco Torre evaporativa

9 Roberto Lensi 1. Complementi sui sistemi termici Pag. 9 Determinazione delle condizioni ottimali in caldaia Determinazione della pressione alta (P H ) ottimale nel caso di un ciclo Rankine Determinazione della pressione alta (P H ) ottimale nel caso di un ciclo Hirn

10 Roberto Lensi 1. Complementi sui sistemi termici Pag. 10 Ciclo Hirn con risurriscaldamento del vapore Schema di impianto motore a vapore con un risurriscaldamento A 1 C S S' A 2 T AP T BP U A 3 K Pe Z Pa Legenda Regione: generatore di vapore Caldaia (Generatore di vapore) Surriscaldatore del vapore (SH) Risurriscaldatore del vapore (RH) Regione: sala macchine Turbina a vapore di Alta Pressione Turbina a vapore di Bassa Pressione Utilizzatore energia meccanica (alternatore) Regione: condensatore e pompe Condensatore del vapore Pompa di estrazione del condensato Serbatoio acqua (fittiziamente aperto) Pompa alimentazione acqua in caldaia Ciclo Hirn con un risurriscaldamento (RH) Ciclo Hirn con un risurriscaldamento Ciclo Hirn scomposto in cicli parziali

11 Roberto Lensi 1. Complementi sui sistemi termici Pag. 11 Spillamenti di vapore Rigenerazione mediante spillamenti di vapore Scambio di calore rigenerativo Prelievo isobaro di vapore Schema d impianto e ciclo Hirn nel piano di Mollier, per un unico gradino di rigenerazione

12 Roberto Lensi 1. Complementi sui sistemi termici Pag. 12 Incremento di rendimento per rigenerazione continua e per un unico gradino di rigenerazione, in funzione del grado di rigenerazione Ciclo Hirn nel piano entropico, per un unico gradino di rigenerazione Ciclo Hirn nel piano di Mollier, per due gradini di rigenerazione Schema d impianto con due gradini di rigenerazione Grado di rigenerazione: R= ( h h )/( h h ) x Incremento di rendimento per rigenerazione continua e per uno, due, tre e quattro gradini di rigenerazione, in funzione del grado di rigenerazione

13 Roberto Lensi 1. Complementi sui sistemi termici Pag. 13 Incremento percentuale di rendimento in funzione del calore fornito all acqua di alimento mediante rigenerazione Schema d impianto motore a vapore con risurriscaldamento del vapore e 6 spillamenti rigenerativi Schema d impianto motore a vapore con 4 scambiatori rigenerativi a superficie, due di alta pressione (R 1 e R 2 ) e due di bassa pressione (R 4 e R 5 ) ed uno a miscelazione (R 3 ) a pressione intermedia con funzione di degasatore e di serbatoio di accumulo

14 Roberto Lensi 1. Complementi sui sistemi termici Pag. 14 Gruppi a vapore unificati Enel (sottocritici e sovracritici) A B C D E P R T V Acqua da trattare; Vapore; Recipiente di accumulo di acqua trattata; Vapore ausiliario per il preriscaldamento all avvio; Gas liberati (e vapore); Piatti; Condensa secondaria; Torre; Acqua trattata inviata alla pompa principale di alimentazione. Scambiatore rigenerativo a miscelazione con funzione di degasatore

15 Roberto Lensi 1. Complementi sui sistemi termici Pag. 15 Scambiatore rigenerativo a superficie

16 Roberto Lensi 1. Complementi sui sistemi termici Pag. 16 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

17 Roberto Lensi 1. Complementi sui sistemi termici Pag. 17 Irreversibilità di combustione Combustione adiabatica Riduzione delle irreversibilità di combustione: 1) combustione isocora; 2) combustione con aria arricchita in ossigeno; 3) preriscaldamento dei reagenti. Irreversibilità di combustione adiabatica Riduzione delle irreversibilità mediante preriscaldamento dei reagenti Irreversibilità di combustione adiabatica

18 Roberto Lensi 1. Complementi sui sistemi termici Pag. 18 Dispersioni termiche Irreversibilità dovuta alle dispersioni termiche Irreversibilità di combustione adiabatica Irreversibilità di combustione non adiabatica

19 Roberto Lensi 1. Complementi sui sistemi termici Pag. 19 Generatori di vapore Rappresentazione schematica di un generatore di vapore Flussi energetici in un generatore di vapore

20 Roberto Lensi 1. Complementi sui sistemi termici Pag. 20 Generatore di vapore a circolazione naturale

21 Roberto Lensi 1. Complementi sui sistemi termici Pag. 21 Percorso aria fumi in un generatore di vapore Percorso acqua vapore in un generatore di vapore

22 Roberto Lensi 1. Complementi sui sistemi termici Pag. 22 Analisi energetica ed exergetica di un generatore di vapore: schema Analisi energetica ed exergetica di un generatore di vapore: diagramma entropico

23 Roberto Lensi 1. Complementi sui sistemi termici Pag. 23 Generatore di vapore a combustibile solido: le varie sottoregioni (a) e il diagramma di Grassmann (b) Tiraggio bilanciato in un generatore di vapore

24 Roberto Lensi 1. Complementi sui sistemi termici Pag. 24 Combustione e scambio termico nel generatore di vapore Preriscaldatore dell aria comburente (Ljungstrom)

25 Roberto Lensi 1. Complementi sui sistemi termici Pag. 25 Preriscaldamento dell aria di combustione Influenza del preriscaldamento dell aria di combustione sulla temperatura di combustione adiabatica

26 Roberto Lensi 1. Complementi sui sistemi termici Pag. 26 Valutazione delle dispersioni di energia termica Temperatura di condensa acida: influenza del tenore di zolfo del combustibile e dell eccesso d aria

27 Roberto Lensi 1. Complementi sui sistemi termici Pag. 27 Temperatura di condensa acida: influenza del tenore di zolfo del combustibile e dell umidità dei fumi

28 Roberto Lensi 1. Complementi sui sistemi termici Pag. 28 Motrici dinamiche (turbine) Processo di espansione (a) control region; (b) diagramma di Grassmann; (c) caso adiabatico, ideale e reale Espansione adiabatica 1-2' caso ideale; 1-2 caso reale Processi di espansione adiabatica rendimento exergetico e rendimento isoentropico

29 Roberto Lensi 1. Complementi sui sistemi termici Pag. 29 Turbina Stadio di turbina assiale 1 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

30 Roberto Lensi 1. Complementi sui sistemi termici Pag. 30 Triangoli delle velocità relativi ad uno stadio di turbina assiale ad azione Triangoli delle velocità relativi ad uno stadio di turbina assiale ad azione in condizioni di massimo rendimento (scarico assiale)

31 Roberto Lensi 1. Complementi sui sistemi termici Pag. 31 Stadio a reazione di una turbina assiale 1 paletta statorica 2 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)

32 Roberto Lensi 1. Complementi sui sistemi termici Pag. 32 Turbina a vapore da 700 MW (in primo piano si ha il corpo di alta pressione seguito da quello di media pressione a doppio flusso che precede i due corpi di bassa pressione tra loro in parallelo ed entrambi a doppio flusso)

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