Sistemi energetici LM - Esercitazioni

CORSO DI "SISTEMI ENERGETICI LM" PER LAUREA MAGISTRALE IN INGEGNERIA MECCANICA - Sedi Milano Bovisa e Piacenza

ANNO ACCADEMICO 2010/11

Esercitazione 1

Bilancio energetico di una caldaia per ciclo a vapore

Si vuole analizzare sotto il profilo energetico e ambientale l’utilizzo di due differenti combustibili per l’alimentazione di un ciclo a vapore. I dati operativi del ciclo sono i seguenti:

• potenza elettrica del ciclo detratta i consumi delle pompe di alimento = 670 MW
• rendimento di ciclo = 47%

Per i due tipi di combustibile inoltre si assuma:

• alimentazione a gas naturale:
  • eccesso d’aria di combustione = 16%
  • perdite per irraggiamento e imperfetta combustione= 0.7% della potenza termica del combustibile
  • prevalenza totale dei ventilatori dell’aria comburente e dei fumi: ΔP_FAN = 250 mm_H2O
  • rimanenti autoconsumi di centrale = 5 MW
  • temperatura del gas al camino = 110 °C
• alimentazione a carbone:
  • eccesso d’aria di combustione = 29%
  • perdite per irraggiamento e imperfetta combustione = 0.8% della potenza termica del combustibile
  • prevalenza totale dei ventilatori dell’aria comburente e dei fumi: ΔP_FAN = 350 mm_H2O
  • rimanenti autoconsumi di central = 15 MW

per la stima della temperatura di rugiada dei composti acidi nei fumi, si supponga in via semplificativa che la quantità di S_O2 ossidata a S_O3 durante la combustione sia pari al 2.5% e si utilizzino le seguenti correlazioni:

T_DP,H2SO3/1000 = 3.9256 - 0.1863·ln(P_H2O) + 0.000867·ln(P_SO2) - 0.000913·ln(P_H2O)·ln(P_SO2)

T_DP,H2SO4/1000 = 2.276- 0.0294·ln(P_H2O)- 0.0858·ln(P_SO3)+ 0.00062·ln(P_H2O)·ln(P_SO3)

dove:

• T_DP,H2SO3 = temperatura di rugiada (dew point) dell’acido solforoso [K]
• T_DP,H2SO4 = temperatura di rugiada (dew point) dell’acido solforico [K]
• P_H2O = pressione parziale del vapore d’acqua nei fumi (espresso in mm_Hg)
• P_SO2 = pressione parziale del biossido di zolfo nei fumi (espresso in mm_Hg)
• P_SO3 = pressione parziale del triossido di zolfo nei fumi (espresso in mm_Hg)

NB: per la conversione si consideri che 1 bar = 750.19 mm_Hg

Per la caldaia si assumano inoltre i seguenti parametri di progetto comuni ad entrambi i combustibili

• rendimento dei ventilatori: η_FAN = 0.8
• rendimento organici ed elettrici dei motori: η_ME = 0.9

È richiesto di:

1. calcolare il potere calorifico inferiore (LHV) del gas naturale impiegato
2. determinare la composizione dei gas combusti allo scarico
3. determinare il rendimento di caldaia e il rendimento netto di centrale quando la temperatura dell'aria ambiente è 15°C e la pressione atmosferica è 1.013 bar

Per il solo impianto a gas naturale, supposto che la temperatura dei gas all'uscita dei banchi dell'economizzatore sia pari a 340°C

4. calcolare la temperatura dell'aria di combustione
5. calcolare la temperatura adiabatica di fiamma

Carbone Illinois #6

Potere calorifico inferiore LHV, MJ/kg 24.826

Potere calorifico superiore HHV, MJ/kg 26.143

Calcolo Della

M n nel gas_condutto

1. CH₄_g O