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Sistemi Energetici (Peretto) 2020/2021

Impianti (Parte 4) Calorimetro

Caldaia:

Fisso: Tfuel = 25°C = T0

Voglio Tfumi = T0 → Tfumi = Tfuel devo agire sulla valvola di regolazione di portata dell’acqua.

Eq. di Bilancio lato acqua

Q̇ = ṁH2O · C · (Ti - Tis) =

= ṁfuel · HHV

Potere Calorifico Superiore

Pfumi = 1 bar, pressione parziale acqua = 0,05/0,08 bar

Temperatura di vaporizzazione alla pressione parziale TH2O = 30/45°C

Tfumi > 90/100°C, altrimenti dispersione di inquinanti troppo concentrata per legge.

Note: HHV, come trovo LHV?

  • H2 + 1/2 O2 → H2O
  • 1 kg H2 + 8 kg O2 → 9 kg H2O
  • Xn kg H2 + 8 Xn kg O2 → 9 Xn kg H2O

kJ/kgFUEL → 9 Xn K con K = 2500 kJ/kgH2O

LHV = HHV - 9 Xn K

1

Se considero il metano CH4

9.0 25.2500 ≈ 50000 kJ/kg FUEL

Eq di BILANCIO LATO FUMI

(1 + mat) hgt - 1 ∙ hfuel - mat ∙ ha = q

hfuel + mat ∙ ha - (1 + mat) hgt = -q → HHV

meno per avere una quantità positiva (cede calore)

ENTALPIE di FORMAZIONE

(Tabellate a p = 1 bar, T = 25°C)

es. CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O

-74,78 + 2.0 ∙ (-393,13 - 2.2416) = 801,55 kJ/mol di CH4

801.55.1000/16 = 50097 kJ/kg CH4 = LHV

HHV = -74.78 + 2.0 ∙ (-393,13 - 2.285,58) = 55594 kJ/kg CH4

controllo formula

HHV = 50097 + 9.1/4 ∙ 2500 = 55722 kJ/kg

BILANCIO ENERGETICO della CAMERA di COMBUSTIONE

1 Tfuel

ma = kg aria/kg FUEL

ma Ta

CC

1 + ma Tg

Consideriamo la camera adiabatica

dq, dL = 0

Cpdc + gdz + dh = dq - dL°

dh = 0

TURBINA A GAS

ṁ = ρAp c dove ρ densità, Ap area di passaggio = 2Πr . h

vp c velocità ⊥ ad Ap.

Ls è la stessa in ingresso ad ogni stadio --> ṁ = cost.

NB: Solitamente Ap = Ag . ε con ε = 0,95–0,98 (condizioni sale)

EQ di FUNZIONAMENTO

Ptot = [(ṁa + ṁfuel) LT - ṁa Lc]ηo

= [(ṁa + ṁfuel)(h3-h4) - ṁa (h2-ha) ] ηo

Ltot = Ptot/ṁa

= [(ṁa+ṁfuel)(h3-h4) - ṁa(h2-ha)] ηo

definisco α = ṁa/ṁfuel

allora Ltot = [(1+1/α)(h3-h4) - (h2-ha)] ηo [kJ/kg aria]

Lu = Ltot/ηo = (1 + 1/α)(h3-h4) - (h2-ha) [kJ/kg aria]

Ptot = ηo . ṁa . Lu

ηcc . ṁfuel . LHV = (ṁa+ṁfuel) Δh3 - ṁo Δh2 - ṁfuel Δhfuel

qi = ηcc. ṁfuel.LHV/ṁa = (1+α/α)Δh3 - Δh2 - 1/α Δhfuel

F = ṁfuel.LHV . qi:ṁa/ηcc (POTENZA TERMICA INTRODOTTA)

ηTOT = PTO T/F = ηo. ṁa.Lv/

qi.ṁa/ηcc

rendimento termodinamico η_TH = Lv/qi

da cui : ηTOT = ηo.ηcc.ηTH

η_TH= (1+α)(h3-hu-α(h2-ha)/(1+α)Δh3 - αΔh2-Δhfuel

di solito: ηo ≃ 0,96

ηcc ≃ 0,98

η_TH ≃ 0,40

(6)

GRUPPI a VAPORE

Titolo di vapore x = mv / (ms + mv)

CICLO di RANKINE

(Ao A BE Bv Eo' Ao)

CICLO di HIRN

(Ao ABE Bv C Eo Ao) → VAPORE SURRISCALDATO

  • A → Patm, Tatm
  • C → P ≈ 200 bar, T ≈ 550°C

TK è sempre 100°C se Pe = Pamb

  • (Ao - A) POMPA di MANDATA alla caldaia
  • (A-BE-Bv) COMPRESSIONE
  • (Bv-C) RISCALDAMENTO
  • (C-Eo) ESPANSIONE

NB:

  • Visto che il lavoro coincide con l'area del ciclo:
  • → SURRISCALDAMENTO (HIRN)
  • → ABBASSARE TK (coincide ad abbassare Pe)

GRUPPO A VAPORE RIRRISCALDATO

Generatore di vapore

HPT Turbina ad alta pressione

LPT Turbina a bassa pressione

Condensatore

Degasatore

alternatore

aria

gas Combusti

Combustibile

H₂O

FWP

EP

RIGENERAZIONE O SPILLAMENTI

  • Li = hc - hs
  • Li = hs - hE
  • L = Li + Lii = hc - hE
  • qs = hE - hA calore scambiato

LS = (1+m)(hc-hS) + 1 · (hS-hE) = hC-hE + m(hC-hS) + hS-hE = hC-hE + m(hC-hS) = L + mLI

RENDIMENTO CON SPILLAMENTO = ηS = LS / LS+qS

Pono uguali a meno di quantità passione, quindi ηS > ηHIRN

GRUPPO COMBINATO GAS-VAPORE

TOPPER

compressore

turbina

BOTTOMER

turbina

condensatore

degassatore

FWP

H2O

SCAMBIATORE (H2O-fumi)

Tsat

QSH

QAP

QECO

Qiv

Qw = potenza termica dei fumi

(fornita nel gruppo vapore)

Tu = temp. ingresso

Ts = temp. uscita

Bi = stato fisico all'interno del

drum (acqua liquida)

BE = stato fisico dell'acqua

satura (x = 0,1)

Bv = stessa temp di BE ma

diverso titolo

Bu = stato fisico sulla curva

limite superiore (natura secco)

T'u = pinch point

TAPP = APPROACH

Tmin = MININD (10-15°C)

TSC = SUBCOOLING (2/3°C)

C) Non voglio vapore

nell' ECO

21

TEMPERATURA di COMBUSTIONE

Bilancio energetico per ṁfuel sulla superficie di controllo

qirr

Tparete

Tcombustione

superficie di controllo

dove qirr = k(Tp4 - Tp40Sinα / ṁfuel

superficie irraggiata

IPOTIZZO k = 1 e Tp = Tc (approssimazioni di negro eppuregiò)

ELHV + qirr = cpg(1 + maST)ΔTc - maacpairΔTa - cpfuelΔTfuel

ELHV + maacpaΔTa + cpfuelΔTfuel - (Tc4 - Tp40Sinα / ṁfuel = cp(1 + maa)ΔTc

entalpia complessiva dei reagenti: hR

ELHV + hR - (Tc4 - Tp40Sinα / ṁfuel = cp(1 + maST(1 + ε))ΔTc

È possibile trovare Tc grafando entrambi i membri e studiando il punto d'intersezione fra le curve

grandezza fondamentale per il generatore

[kJ / kgfuel K]

Tad

PRIMO MEMBRO

SECONDO MEMBRO

la curva blu scende più rapidamente al crescere del rapporto Sinα / ṁfuel

NB: Caso limite con Sinα = 0 si trova la Temperatura adiabatica di fiamma Tad

la curva rossa sale più rapidamente al crescere di maST

T0 ELHV + hFa COT

Tp

Tc

Tc

OSS: T0 = 250 è la temperatura di riferimento con cui si calcola LHV

spesso, nel grafico coincide con l'origine perché è numericamente molto piccola.

Tc cala se Sinα / ṁfuel ϕ

Dettagli
Publisher
A.A. 2020-2021
56 pagine
3 download
SSD Ingegneria industriale e dell'informazione ING-IND/09 Sistemi per l'energia e l'ambiente

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher nenefrost di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Sistemi energetici T e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Università degli Studi di Bologna o del prof Peretto Antonio.