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 23-12-2010 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 0,1 42000 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 16,7 538 3395,1 100 Vapore 1 spillamento 10 Vapore scarico turbina AP ( ingresso RH ) 3,8 3039 Vapore 2 spillamento (RH freo) 8 Vapore ingresso turbina MP (RH 3,4 538 3538,8 82 uscita) Vapore scaricato al conensatore 0,005 32,5 2560,1 61
Alimento ingresso economizzatore 290 1281 Acqua uscita economizzatore 1423 Vapore saturo alla pressione i calaia 17 353 2547,5 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
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 10 25 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 15 30 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 17,5 696,58 1423 5,8248 536,07 83,194 289,55 17,5 750,25 1281 5,1868 584,62 93,236 538 16,7 50,267 3398,5 2,8307 87,294 31,056 326,56 3,8 14,994 3039 2,5704 52,228 21,113 538 3,4 9,2824 3538,8 2,2653 74,086 30,211 3/6
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, 46 1690 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 18,27 5 1 5 442,42 143,84 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%) 20 255 294 265 250 186-300 157 235 225 350 137 216 216 400 127 206 206 450 108 197 196 500-176 186 550 - - 176 a rottura a temperatura ambiente 500 500 550 unitaria allo snervamento 4/6
Fig.1 Schema i riferimento lato fumi il generatore i vapore. 5/6
Fig. 2 Schema i riferimento lato acqua per l impianto in esame. 6/6