Dispensa del corso di
“MODELLISTICA DEI SISTEMI ENERGETICI”
a.a. 2009-2010
Argomento: Generatori di vapore e condensatori
Prof. Pier Ruggero Spina
Dipartimento di Ingegneria
Prof. P. R. Spina
“Modellistica dei sistemi energetici”, LS Ingegneria informatica e dell’automazione, a.a. 2009-2010
Generatori di vapore
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Generatori 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
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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-vapore
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Generatori di vapore – circuito aria-fumi
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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
• 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 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’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 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 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
Tubi surriscaldatori
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Generatori di vapore ad irragiamento – componenti
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Generatori 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
• A valle vaporizzatore e surriscaldatori i
gas combusti sono ancora molto caldi;
• L’economizzatore recupera questo calore
fornendolo all’cqua di alimento;
• DTgas combusti=20°C Dh=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)
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Condensatori
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Schema di un condensatore
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