Indice. Nomenclatura ed acronimi... XV. Introduzione... 1

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1 Nomenclatura ed acronimi... XV Introduzione... 1 Capitolo 1. L'IMPIANTO DI TURBINA A GAS A COMBUSTIONE ESTERNA ALIMENTATO A BIOMASSE Introduzione Sviluppo degli impianti a combustione esterna alimentati a biomasse Descrizione dell impianto EFGT Lo scambiatore primario ad alta temperatura Sistemi di combustione per biomasse Capitolo 2. LE BIOMASSE Introduzione Produzione ed utilizzo delle biomasse Vantaggi derivanti dall uso delle biomasse Classificazione delle biomasse Problemi associati all utilizzo energetico delle biomasse Tasso di umidità Densità Contenuto di ceneri Materia volatile Emissioni inquinanti Combustione delle biomasse Carbonizzazione Gassificazione Pirolisi...26

2 2.4.4 Digestione anaerobica Digestione aerobica Fermentazione alcolica Oli vegetali Steam Explosion Combustione diretta Considerazioni di progetto per sistemi di combustione diretta alimentati a biomasse Caldaie per la combustione diretta delle biomasse Underfeed stokers Sistemi a griglia Sistemi a letto fluido Combustore a letto fluido bollente (BFB) Combustore a letto fluido circolante (CFB) Bruciatori a sospensione (suspension burners) Sistemi alternativi Confronto tra i vari sistemi di combustione diretta delle biomasse Emissioni inquinanti derivanti dalla combustione di biomasse Incombusti e particolato NO x Capitolo 3. SIMULAZIONE DELL'IMPIANTO EFGT E ANALISI DI BASE Introduzione Descrizione del modello adoperato per l analisi Delineamento dell analisi Risultati dell analisi Potenza elettrica Rendimento elettrico Campo di variabilità del rendimento elettrico Potenza massima e rendimento elettrico massimo Considerazioni sulla configurazione TIT1200TF Rendimento elettrico per la configurazione TIT1200TF Rapporto di by-pass VIII

3 3.4.4 Rapporto energetico Potenza termica recuperata Rendimento di cogenerazione Scelta ottimale Capitolo 4. ANALISI DI SENSIBILITÀ DELL'IMPIANTO EFGT Introduzione Organizzazione delle prime due analisi di sensibilità Influenza delle perdite di carico sulle prestazioni dell impianto (parte 1) Influenza delle perdite di pressione degli scambiatori Influenza delle perdite di pressione dei condotti Influenza delle perdite di pressione del combustore Influenza delle perdite di pressione sulla potenza elettrica Confronto tra le due configurazioni estreme Influenza delle perdite di carico sulle prestazioni dell impianto (parte 2) Influenza delle perdite di pressione degli scambiatori Influenza delle perdite di pressione del combustore Confronto tra le due configurazioni estreme Influenza del rapporto di by-pass sulle prestazioni dell impianto Analisi dei risultati per T in =50 C Analisi dei risultati per T in =75 C Analisi dei risultati per T in =100 C Capitolo 5. LA SIMULAZIONE DEL COMBUSTORE DI BIOMASSE Introduzione Il passaggio all unità fossil boiler Adattamento dell unità fossil boiler Dati in ingresso Risultati della simulazione Altre soluzioni impiantistiche Il lay-out di base Diluizione dei fumi Scelta ottimale IX

4 5.5 Analisi di sensibilità: variazione del rapporto di by-pass Analisi svolta fissando la TIT Analisi svolta fissando la T in dello scambiatore primario Capitolo 6. GLI SCAMBIATORI DI CALORE A TUBI E MANTELLO Introduzione Descrizione dello scambiatore a tubi e mantello Classificazione TEMA degli scambiatori a tubi e mantello Tipologie di scambiatori a tubi e mantello Modello a fascio tubiero fisso (TEMA L, M, N) Scambiatore con tubi ad U (TEMA U) Modelli a testata flottante Split Backing Ring (TEMA S) Pull Trough (TEMA T) Externally sealed (TEMA W) Outside Packed (TEMA P) Tipi di testate Testata Bolted channel (TEMA A ed L) Testata Welded channel (TEMA C ed N) Testata Bonnet (TEMA B ed M) Testata Bolted Cone Progetto di uno scambiatore di calore Calcolo della superficie di scambio termico Metodo della differenza media efficace delle temperature Metodo ε-ntu Dati di progetto termico Fascio tubiero Diametro dei tubi Spessore dei tubi Lunghezza dei tubi Disposizione dei tubi Numero di passaggi dei tubi Diaframmi ( baffles ) X

5 6.7.8 Spessore dei diaframmi Gioco tra tubi e diaframmi Minima distanza tra i diaframmi Piastre di separazione ( impingement plates ) Diaframmi longitudinali Aste di trazione e spaziatori OTL (outer tube limit) Numero di tubi Diametro del mantello Fouling Problemi di trasferimento del calore Effetti del fouling sullo scambio termico Problemi di caduta di pressione Fattori di importanza nel fenomeno del fouling Esercizio dello scambiatore di calore Il concetto di resistenza dovuta al fouling Penalizzazioni economiche del fouling Capitolo 7. PROGETTO DELLO SCAMBIATORE PRIMARIO Introduzione Scelta della configurazione dello scambiatore Scelta del modello Configurazione dello scambiatore Scelta del fascio tubiero, del mantello e delle testate Disposizione del fascio tubiero e diaframmi Scelta dei materiali costruttivi Fascio tubiero Piastre tubiere Testate Mantello Progetto termico dello scambiatore di calore Dati di ingresso Delineamento del progetto termico XI

6 7.4.3 Progettazione dello scambiatore Perdite di carico nel lato tubi Superficie di scambio termico Lunghezza dei tubi Numero dei tubi Altri dati di interesse Lo scambiatore nell impianto EFGT Calcolo di massima della dispersione termica dello scambiatore Valutazione economica dello scambiatore Descrizione del metodo di calcolo dei costi Attualizzazione dei costi Costi dello scambiatore primario Capitolo Introduzione Valutazione dei costi di realizzazione dell impianto Delineamento dell analisi Costi fissi dell impianto Osservazioni sui costi fissi dell impianto Valutazione dei costi di gestione dell impianto Principali assunzioni Costi di gestione dell impianto Analisi di sensibilità Conclusioni Conclusioni Appendice A. COMPOSIZIONE E PROPRIETÀ DI DIVERSI TIPI DI BIOMASSE A.1 Residui agricoli A.2 Prodotti legnosi e residui della lavorazione del cibo A.3 Specie legnose A.4 Altri tipi di biomasse XII

7 Appendice B. L'INCONEL B.1 Caratteristiche generali e campi d impiego B.2 Costanti fisiche e proprietà termiche B.3 Proprietà meccaniche B.4 Proprietà di trazione B.5 Resilienza e duttilità B.6 Resistenza a fatica B.7 Resistenza a rottura e creep B.8 Resistenza a corrosione B.8.1 Criccatura per stress-corrosion B.9 Microstruttura B.10 Applicazioni alle alte temperature B.11 Disposizioni di lavorazione B.11.1 Trattamenti termici B.11.2 Formatura a caldo e a freddo B.11.3 Saldatura Appendice C. MATERIALI ALTERNATIVI PER LO SCAMBIATORE DI CALORE PRIMARIO C.1 Leghe INCONEL C.1.1 INCONEL C.1.2 INCONEL 601GC C.1.3 INCONEL C.1.4 INCONEL C.1.5 INCONEL C.1.6 INCONEL C.1.7 INCONEL X C.1.8 INCONEL MA C.1.9 INCONEL HX C.2 Leghe INCOLOY C.2.1 INCOLOY C.2.2 INCOLOY 800H XIII

8 C.2.3 INCOLOY 800HT C.2.4 INCOLOY C.2.5 INCOLOY MA C.3 Leghe NIMONIC C.3.1 NIMONIC C.3.2 NIMONIC Bibliografia XIV