Carbonio C Idrogeno H 2 Zolfo S Acqua H 2 O Azoto N 2 Ceneri (ASH ) A. Potere calorifico inferiore H i kj/kg 85 11,2 1 0,2 2,5 0,

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1 POLITECNICO DI TORINO ESAMI DI STATO PER L ABILITAZIONE ALLA PROFESSIONE DI INGEGNERE Secona sessione 2010 Settore INDUSTRIALE - Classe 33/S Ingegneria Energetica e nucleare Prova pratica el Si ebba effettuare un imensionamento i massima i un generatore i vapore a circolazione assistita (fig.1) per una centrale termoelettrica a vapore il cui ciclo è riportato in fig. 2. Si consieri come combustibile i riferimento ell olio combustibile a basso tenore i zolfo BTZ con la seguente composizione percentuale elementare ponerale: Carbonio C Irogeno H 2 Zolfo S Acqua H 2 O Azoto N 2 Ceneri (ASH ) A Potere calorifico inferiore H i kj/kg 85 11,2 1 0,2 2,5 0, Sulla base ei seguenti ati che rappresentano gli obiettivi el progetto: granezza Simbolo valore Unità i misura Renimento i calaia η GV 0,95 - Potenza assorbita ai servizi ausiliari P aus 16 MW Potenza netta alla rete P el,n 304 MW Renimento netto impianto η n 0,40 - e ei seguenti capisali el ciclo associati alle conizioni nominali: 1/6 Pressione MPa Temperatura C entalpia kj/kg Portata relativa % Vapore SH ammissione turbina 16, ,1 100 Vapore 1 spillamento 10 Vapore scarico turbina AP ( ingresso RH ) 3, Vapore 2 spillamento (RH freo) 8 Vapore ingresso turbina MP (RH 3, ,8 82 uscita) Vapore scaricato al conensatore 0,005 32,5 2560,1 61

2 Alimento ingresso economizzatore Acqua uscita economizzatore 1423 Vapore saturo alla pressione i calaia ,5 valutare sulla base elle informazioni riportate in allegato e elle necessarie ipotesi progettuali aottate al caniato : a) La potenza elettrica lora ell impianto (ai morsetti ell alternatore) P el ; b) La potenza termica richiesta al focolare P th c) La potenza termica trasferita al fluio termovettore P th,gv ) La portata i vapore surriscalato prootta al generatore i vapore G v e che alimenta la turbina espressa in kg/s e in t/h; e) Le potenze termiche trasferite al fluio termovettore nell evaporatore, nei surriscalatori, nel risurriscalatore e nell economizzatore rappresentano anche la ripartizione percentuale rispetto alla potenza termica al focolare. f) Le superfici i scambio termico per l evaporatore, i surriscalatori i bassa e alta temperatura, il risurriscalatore; g) Il fabbisogno i aria stechiometrica per la combustione el BTZ; h) La portata ei fumi e sua composizione; i) Un potenziale imensionamento ella camera i combustione insieme al numero i bruciatori; j) Numero e lunghezza elle tubazioni necessarie per l evaporatore, il surriscalatore, il risurriscalatore, e l economizzatore nell ipotesi i consierare i iametri interni rispettivamente pari a: 50, 40, 60 e 40 mm. k) Lo spessore elle tubazioni; l) Impostare un ragionamento e efinire il numero e la lunghezza elle tubazioni per le pareti ella camera i combustione (pareti membranate) nell ipotesi che il rapporto i ricircolazione realizzato sia pari a 5. m) Per l economizzatore impostare un ragionamento e efinire a un punto i vista geometrico costruttivo il fascio tubiero ell economizzatore (numero e lunghezza ei conotti in parallelo, passi); n) Valutare la cauta i pressione nel fascio ell economizzatore lato acqua; o) Impostare un ragionamento per valutare le caute i pressione lato fumi. Nei surriscalatori i alta temperatura ipotizzare in moo ragionevole la frazione i potenza trasferita per irraggiamento e per convezione. Nel surriscalatore i bassa temperatura consierare solo lo scambio termico convettivo e ipotizzare la frazione i potenza a esso associata. Per eventuali ati mancanti riferirsi, citano al fonte, a ionei manuali o testi i riferimento. Anche per la scelta i eventuali correlazioni citare la fonte e il campo i applicabilità. Le scelte progettuali vanno giustificate in moo sintetico. Allegato: Alcuni ati o ipotesi progettuali i riferimento 2/6

3 Δt meio al surriscalatore a.t. a convezione 450 C Δt meio al risurriscalatore 350 C Δt meio al surriscalatore b.t. 280 C Δt meio all economizzatore 180 C Temperatura meia i parete Tp ei tubi in camera i 620 K combustione Flusso termico meio globale per l evaporatore e il 233 kw/m^2 surriscalatore i alta temperatura (carico termico specifico) Coefficiente globale i scambio termico meio per il 0,070 kw/m^2 C surriscalatore i bassa temperatura Coefficiente globale i scambio termico meio per il 0,100 kw/m^2 C risurriscalatore Coefficiente globale i scambio termico meio per 0,035 kw/m^2*c l economizzatore Eccesso aria nella combustione el BTZ 5 % Intervallo i velocità ei fluii in alcune regioni el generatore i vapore in m/s Regione e/o servizio Velocità minima Velocità massima Vapore surriscalato nei tubi surriscalatori Acqua negli economizzatori 0,8 1,5 Acqua-vapore nei vaporizzatori 0,4 3,6 Prootti i combustione nei iversi passi el generatore i vapore Alcune proprietà per l acqua Temperature Pressure Den Enthalpy Cp (kj/kg- ( C) (MPa) (kg/m³) (kj/kg) K) Therm. Con. Visco (mw/m- K) (µpa-s) 315,52 17,5 696, , ,07 83, ,55 17,5 750, , ,62 93, ,7 50, ,5 2, ,294 31, ,56 3,8 14, , ,228 21, ,4 9, ,8 2, ,086 30,211 3/6

4 Temper ature ( C) Press ure (MPa ) 352,29 17 Den (kg/ m³) 565, 21 Vap or Den (kg/ m³) Enth alpy (kj/k g) 119, Vapo r Vapo r Vapor Enth Therm. Therm. alpy Cp Cp Con. Con. (kj/k (kj/k (kj/k (mw/m- (mw/m g) g-k) g-k) K) -K) 2547, 10,82 18, ,42 143,84 Visco (µpas) 64,72 4 Vapo r Visco (µpas) 24,18 1 I materiali i riferimento per i tubi ell economizzatore, ell evaporatore, el surriscalatore e el risurriscalatore siano scelti in relazione alle temperature massime i esercizio in accoro alla tabella: Materiale C18 (C<0,21) 14CrMo 3 12CrMo910 Temperatura C unitaria allo snervamento unitaria allo snervamento (0,2%) a rottura a temperatura ambiente unitaria allo snervamento 4/6

5 Fig.1 Schema i riferimento lato fumi il generatore i vapore. 5/6

6 Fig. 2 Schema i riferimento lato acqua per l impianto in esame. 6/6