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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
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Generatori di vapore
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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.
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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.
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Generatori di vapore – circuito acqua-vaporeGeneratori di vapore – circuito acqua-vapore
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Generatori di vapore – circuito aria-fumiGeneratori di vapore – circuito aria-fumi
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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).
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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).
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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.
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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.
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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;
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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);
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Generatori di vapore ad irragiamento – componenti Generatori di vapore ad irragiamento – componenti
Tubi surriscaldatori
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Generatori di vapore ad irragiamento – componenti Generatori di vapore ad irragiamento – componenti
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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
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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.
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Generatori di vapore ad irraggiamento (circol. forzata)Generatori di vapore ad irraggiamento (circol. forzata)
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Condensatori
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Schema di un condensatoreSchema di un condensatore