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Politecnico di Milano - Department of Energy

School of Industrial and Information Engineering

Course: Energy Systems LM

Professors: S. Consonni, E. Martelli, M. Romano
Academic Year: 2015/16
Written Exam: 08 February 2016 - Problems
Time: 2 hours

Please Notice

  • Exam is open book, but computers and cell phones are NOT allowed. Talking with colleagues and/or copying will lead to the immediate cancellation of the exam.
  • Answer clearly ONLY to the questions posed by the problem sets. Even if correct, additional considerations and/or calculations will NOT be considered.
  • Fill this sheet with your name and return it together with your solutions.
  • Mark each sheet of the solution with your name and page number.
  • The final grade is the sum of the points assigned to the solution of each problem plus a bonus of max 3 points. The bonus will be given based on whether the solution of each problem is complete, with clear details and explanations.

First Name: ……………………
Family Name: …………………………

Problem 1 (16 points)

A natural gas-fired boiler with combustion power 10 MW is fed with natural gas with the following molar composition:

  • Methane (molecular mass 16 kg/kmol, LHV 50 MJ/kg): 88%
  • Ethane (molecular mass 30 kg/kmol, LHV 47.8 MJ/kg): 8%
  • Nitrogen (molecular mass 28 kg/kmol, LHV 0 MJ/kg): 4%

For the sake of simplicity, combustion air can be assumed a mixture of just nitrogen and oxygen, with a molar ratio 3.76.

Questions

  1. Evaluate the mass flow rate of natural gas
  2. At design conditions: both air and natural gas are fed to the boiler at the reference temperature of 25°C; combustion efficiency is 99.5% (i.e., unburned fuel losses = 0.5%); heat losses from the boiler walls are negligible; percentage excess air is 20%; temperature of combustion products discharged by the boiler is 110°C; the boiler generates pressurized water at 10 bar, 140°C; feedwater enters the boiler at 10 bar, 50°C.

  3. Evaluate the oxygen content in dry, combustion products
  4. Evaluate the boiler efficiency
  5. Evaluate the mass flow rate of water heated up by the boiler
  6. Assuming that the combustor is adiabatic, determine the effectiveness of the heat exchanger that transfers heat from the combustion products to the pressurized water
  7. Calculate CO2 specific emissions [grams of CO2 per MJ of useful heat]

Combustion power = [fuel mass flow rate]*LHV

Energy Systems LM - written test of Feb 8th, 2016

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I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher giagia.512 di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Sistemi energetici e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Politecnico di Milano o del prof Romano Matteo.
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