corso conduzione generatori vapore lezione 7.pdf

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Corso per la preparazione all'esame per conduttori di generatori di vapore di secondo grado.Corso di formazione in accordo alla norma italiana.

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  • 1Conduzione dei generatori di vapore

    Lezione 7

    Corso Avanzatoa cura di Abaco Group s.r.l.

    Abaco Group

  • 2Bilancio termico e

    Rendimento dei generatori

    Abaco Group

  • 3Bilancio termico

    Il bilancio termico esprime il calcolo numericocon cui si applica il principio di conservazionedellenergia ad un generatore di vapore.

    Abaco Group

  • 4Bilancio termico

    In condizioni di regime stazionario, lenergiatermica entrante nel sistema uguale a quellauscente, comprendendo nel termine di energiatermica anche quella chimica e le eventuali altreforma di energia che si trasformano in energia.

    Abaco Group

  • 5Bilancio termico

    Lapplicazione pratica del principio diconservazione dellenergia ad un generatore divapore porta allespressione per il bilanciotermico:

    Abaco Group

    Qc + Qa = Qv + Qf + Qd

  • 6Bilancio termicoin cui:

    Abaco Group

    Qc = potenza termica sviluppata dalla combustione

    Hi = potere calorifico inferiorec = portata in massa o consumo nellunit di tempo del combustibile

    Qc = Hi c

  • 7Bilancio termico

    Abaco Group

    Qa = potenza termica introdotta con lacqua di alimento

    ca = calore specifico massicoa = portata dellacqua di alimentota = temperatura in ingresso

    Qa = ca a ta

  • 8Bilancio termico

    Abaco Group

    Qv = potenza termica uscente con il vapore prodotto

    v = portata del vapore o produzione del vapore hv = contenuto termico o entalpia del vapore prodotto

    Qv = v hv

  • 9Bilancio termico

    Abaco Group

    Qf = potenza termica uscente per effetto del calore sensibile dei fumi

    cf = calore specifico volumico dei fumic = portata in massa del combustibilevf = volume dei fumi prodotto per kg di combustibiletf = temperatura dei fumi alluscitate = temperatura dellambiente esterno

    Qf = cf c vf (tf - te)

  • 10

    Bilancio termico

    Abaco Group

    Qd = potenza termica dispersa nellambiente per convezione ed irraggiamento [kcal/h o MW]

  • 11

    Bilancio termico

    Rappresentazione schematica delle voci del bilancio termico per un generatore di vapore

    Abaco Group

    QaQv(contenuto termico del vapore) (contenuto termico dellacqua di alimento)

    QfQc(calore sviluppato dal combustibile) (calore sensibile dei fumi)

    Qd (calore disperso dalle pareti)

  • 12

    Bilancio termico

    La quantit di calore sviluppata dallacombustione, pi lenergia termica possedutadallacqua di alimento, deve essere uguale allaenergia termica posseduta dal vapore prodotto,pi il calore perso al camino pi il caloretrasmesso attraverso le pareti del generatore eceduto allambiente.

    Abaco Group

  • 13

    Bilancio termico

    Nellespressione si suppone di essere in regimestazionario e cio che temperatura, pressione,carico e livello dellacqua nel generatore restinocostanti nel tempo.

    Abaco Group

  • 14

    Bilancio termico

    Dividendo lequazione che esprime il bilanciotermico in termini di quantit di calore (o dipotenze termiche) per lenergia (o la potenza)introdotta con la combustione del combustibile Qce moltiplicando per 100 si trova la relazione tra ilrendimento e le perdite.

    Abaco Group

  • 15

    Bilancio termico

    Abaco Group

  • 16

    Bilancio termico

    Abaco Group

  • 17

    Bilancio termico

    Abaco Group

  • 18

    Bilancio termico

    Rappresentazione schematica delle voci del bilancio termico per un economizzatore

    Abaco Group

    QaiQau

    (contenuto termico dellacqua di

    alimento in uscita dalleconomizzatore)

    (contenuto termico dellacqua di alimento in ingresso

    alleconomizzatore)

    QfuQfi(calore sensibile

    nei fumi in ingresso alleconomizzatore)

    (calore sensibile residuo nei fumi in uscita

    dalleconomizzatore)

    Qde (calore disperso dalle pareti delleconomizzatore)

  • 19

    Bilancio termico

    Rappresentazione schematica delle voci del bilancio termico per un preriscaldatore

    Abaco Group

    QaiQau

    (contenuto termico dellaria in uscita dal

    preriscaldatore ed alimentata dal bruciatore)

    (contenuto termico dellaria ambiente in ingresso)

    QfuQfi(calore sensibile

    nei fumi in ingresso al preriscaldatore)

    (calore sensibile residuo nei fumi in uscita dal

    preriscaldatore)

    Qdp (calore disperso dalle pareti del preriscaldatore)

  • 20

    Bilancio termico

    Ricapitolando, con lespressione bilancio termicosi intende la valutazione globale del calore speso,del calore utilizzato e di quello perso, secondo ledefinizioni precedentemente esposte.

    Abaco Group

  • 21

    Bilancio termico

    Il bilancio termico pu essere effettuato: in maniera diretta; in maniera indiretta.

    Abaco Group

  • 22

    Bilancio termico diretto

    Il bilancio termico diretto si effettua misurando ilcalore speso, il calore utilizzato, il calore perso alcamino (sensibile e per incombusti) e per differenzail calore perso per convezione, irraggiamento ecause varie.

    Abaco Group

  • 23

    Bilancio termico indiretto

    Il bilancio termico indiretto si effettua misurando ilcalore speso, il calore perso al camino, valutandocon luso di opportuni diagrammi o correlazioni lealtre perdite e calcolando per differenza il caloreutilizzato.

    Abaco Group

  • 24

    Correlazioni tra parametridella combustione

    Abaco Group

    Correlazione =

    studio delle interdipendenze esistenti tra le grandezze che intervengono nella descrizione di

    un fenomeno fisico

  • 25

    Correlazioni tra parametridella combustione

    Abaco Group

    Esempio

    Generatore di vapore del tipo a tubi da fumo,pressurizzato, in cui si aumenta leccesso di ariacomburente, mantenendo invariata la quantit dicombustibile bruciata.

  • 26

    Correlazioni tra parametridella combustione

    Abaco Group

    Lapplicazione pratica del principio diconservazione dellenergia ad un generatore divapore porta allespressione per il bilanciotermico:

    Qf = cf vf (tf-te) mc

  • 27

    Correlazioni tra parametridella combustione

    Abaco Group

    in cui:

    Qf = calore perdutocf = calore specifico medio volumico dei fumivf = volume dei fumi per unit di massa di combustibile bruciato(tf -te) = differenza tra la temperatura dei fumi e la temperatura ambientemc = massa di combustibile bruciato

  • 28

    Correlazioni tra parametridella combustione

    Abaco Group

    Allaumentare del calore perso diminuisce quelloutilizzato e diminuisce quindi il rendimento.

  • 29

    Correlazioni tra parametridella combustione

    Abaco Group

    Considerando la variazione di temperatura alcamino, poich la temperatura della fiamma funzione diretta del potere calorifico e funzioneinversa del volume dei prodotti della combustione,allaumentare delleccesso daria, la temperaturadiminuisce.

  • 30

    Correlazioni tra parametridella combustione

    Abaco Group

    Diminuisce quindi molto il calore trasmesso perirraggiamento, che funzione della quarta potenzadella temperatura assoluta della fiamma.Lirraggiamento peraltro minore anche perch,aumentando leccesso daria, diminuiscono ledimensione della fiamma e quindi la superficieirradiante. I fumi pertanto escono pi caldi dallacamera di combustione.

  • 31

    Correlazioni tra parametridella combustione

    Abaco Group

    Il volume dei prodotti della combustione, cheescono dalla camera di combustione, in questocaso pi grande, sia per laumento dellaria ineccesso, sia per la maggior temperatura; aumentadi conseguenza la velocit di efflusso dei fumi.

  • 32

    Correlazioni tra parametridella combustione

    Abaco Group

    Nel fascio tubiero, in cui la trasmissione avvieneprincipalmente per convezione, si ha, perlaumentata velocit dei fumi e per il maggior saltotermico, un aumento dello scambio di calore.

  • 33

    Correlazioni tra parametridella combustione

    Abaco Group

    Se il rapporto tra il calore trasmesso perirraggiamento e quello trasmesso per convezione inizialmente prossimo ad uno, pu accadere che latemperatura alla base del camino resti pressochinvariata.

  • 34

    Correlazioni tra parametridella combustione

    Abaco Group

    Se lo scambio di calore per irraggiamento fossepredominante, la temperatura salirebbe; per controla temperatura sarebbe pi bassa se viceversafosse predominante lo scambio per convezione.

  • 35

    Correlazioni tra parametridella combustione

    Abaco Group

    Dopo aver aumentato leccesso daria gli strumentirilevano che: In camera di combustione la pressione aumenta. Alluscita della camera di combustione la

    temperatura dei fumi in genere aumenta. La temperatura della fiamma pi bassa. La pressione del vapore, a parit di richiesta,

    tende a diminuire.

  • 36

    Correlazioni tra parametridella combustione

    Abaco Group

    La pressione alla base del camino potr essereuguale o lievemente superiore.

    La temperatura alla base del camino resterpraticamente invariata.

    La percentuale di CO2 diminuisce e l O2aumenta nei prodotti della combustione.

  • 37

    Correlazioni tra parametridella combustione

    Abaco Group

    Se si disponesse della strumentazionenecessaria si vedrebbe che aumenta latemperatura a cui inizia la condensazione delvapore dacqua contenuto nei prodotti dellacombustione; in pratica si abbassa il punto dirugiada.

  • 38

    Correlazioni tra parametridella combustione

    Abaco Group

    Si pu avere anche una diminuzione dellindice diopacit, ove inizialmente fosse stato elevato,risultando i fumi pi diluiti.

  • 39

    Indagini e prove di rendimento

    Con indagini chimico-fisiche e prove direndimento si indicano le operazioni di controllodella combustione che vengono effettuate sugliimpianti termici dai funzionari tecnici dellEntepubblico preposto al controllo.

    Abaco Group

  • 40

    Indagini chimico-fisiche

    L indagine chimico-fisica in particolare consiste:a) nellanalisi dei prodotti della combustione

    limitata, di solito, alla ricerca della percentuale dianidride carbonica (CO2); pu comprendereanche la determinazione dellossigeno (O2) edellossido di carbonio (CO);

    Abaco Group

  • 41

    Indagini chimico-fisicheb) nella determinazione della temperatura dei

    prodotti della combustione alla fine del circuito diutilizzazione ed eventualmente in altri punti delcircuito;

    c) nella constatazione delle condizioni di tiraggio e,soprattutto della determinazione del tiraggiodifferenziale fra punti diversi del ciclo;

    Abaco Group

  • 42

    Indagini chimico-fisiche

    d) nellesame e nello studio delle registrazioni fattea cura dellutente e dei dati segnalati dagliapparecchi di controllo esistenti, e ove occorra,verificati.

    Abaco Group

  • 43

    Indagini chimico-fisiche

    Schema di posizionamento degli strumenti di un generatore di vapore a tubi dacqua per lindagine chimico-fisica, la prova di rendimento e per la determinazione delle emissioni inquinanti.

    Abaco Group

  • 44

    Indagini chimico-fisichePer lesecuzione dellindagine chimico-fisicaoccorre:

    un bocchello (diametro 30 mm) sul condotto dicarico dei fumi, necessario per limmissione di untermometro e di tre sonde rispettivamente perlanalisi del gas, per lopacimetro e per ilpressodeprimometro (posizione 1 in figura); nelcaso esistano recuperi di calore i rilievi devonoessere effettuati prima e dopo lapparecchio direcupero;

    Abaco Group

  • 45

    Indagini chimico-fisiche un foro in camera di combustione per la sonda di

    un pressodeprimometro (pos. 2 in fig.); un attacco regolamentare per il manometro

    campione, per la misura della pressione delvapore (pos. 3 in fig.);

    una presa per il rilievo della temperaturadellacqua di alimento (pozzetto sulla tubazioneprima del gruppo di intercettazione);

    Abaco Group

  • 46

    Indagini chimico-fisiche

    rilievo della temperatura ambiente; opportuno conoscere il carico di lavoro del

    generatore oggetto della prova, mediantecontatori inseriti nella tubazione dellacqua dialimento o su quella del vapore.

    Abaco Group

  • 47

    Prova di rendimento

    La prova di rendimento e di consumo consiste nelrilievo di tutti gli elementi costitutivi del bilanciotermico.

    Abaco Group

  • 48

    Prova di rendimentoPer lesecuzione delle prove di rendimento conmetodo diretto occorre conoscere esattamente,come si detto, il calore fornito e quello utilizzato;pertanto, oltre i rilievi elencati per lindaginechimico-fisica, servono: esatta misura del combustibile; analisi chimica del combustibile; misura dellacqua o del vapore;

    Abaco Group

  • 49

    Prova di rendimentoLesatta misurazione dellacqua introdotta o delvapore prodotto, avviene in genere medianteinserzione di flange tarate e impiego di manometridifferenziali.

    Lanalisi del combustibile serve per ladeterminazione del potere calorifico.

    Abaco Group

  • 50

    Emissioni inquinanti

    Si definisce emissione di un impianto linsieme disostanze che, dopo il ciclo di utilizzazione, vengonoscaricate nellatmosfera.

    Abaco Group

  • 51

    Emissioni inquinantiNel caso di generatori di vapore, lemissione costituita principalmente da: anidride carbonica (CO2) ossido di carbonio (CO) ossido di zolfo (SO2 e SO3) ossido di azoto (NOx) ossido di zolfo (SO2 e SO3) aria umida (O2 + N2+ H2O)

    Abaco Group

  • 52

    Emissioni inquinanti

    Altra tipologia di emissioni sono: materiali particellari (fuliggine e cenere) Idrocarburi incombusti (composti organici volatili)

    Abaco Group

  • 53

    Emissioni inquinanti

    Lo studio del meccanismo di formazione degliinquinanti e la possibilit del loro controllo non haportato soltanto alla riduzione dellinquinamentoatmosferico ma anche ad una migliore utilizzazionedei combustibili.

    Abaco Group

  • 54

    Emissioni inquinanti

    Nei generatori di vapore le operazioni inerenti alcontrollo delle emissioni possono evidenziareeventuali inidonei accoppiamenti dellapparatobruciatore con la camera di combustione.

    Abaco Group

  • 55

    Emissioni inquinanti

    La formazione di fuliggine infatti conseguente allanon appropriata geometria della fiamma rispettoalla camera di combustione.

    Abaco Group

  • 56

    Emissioni inquinanti

    Abaco Group

    Schema di posizionamento degli strumenti di un generatore di vapore a tubi dacqua per lindagine chimico-fisica, la prova di rendimento e per la determinazione delle emissioni inquinanti.

  • 57

    Emissioni inquinanti

    Abaco Group

    Per il prelievo di inquinanti atmosferici occorre: un bocchello con diametro interno 80 mm, posto

    in posizione centrale, ad una distanza noninferiore a 4 o 5 diametri (del camino) da ognieventuale strozzatura, cambio di direzione,raccordo e simili; serve per introdurre la sonda dicampionamento necessaria per il prelievo delmateriale particellare (posizione 4 in figura);

  • 58

    Emissioni inquinanti

    Abaco Group

    un bocchello di 20-30 mm, posto superiormenteal precedente alla distanza di circa 5 cm. Serveper il rilievo della temperatura mediantetermometro (posizione 5 in figura).