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Capitolo 3: Le centrali termoelettriche

1. Prodotto di Efficienza Consumo di Caratteristiche sN Sorbente 1 Caratteristiche tecniche reazione standard energia carbone richiesto ITAR Imp Umido Calcare Gesso CaSO 98 1 2 Contenuto di zolfo Trattam Acque Reflue calcare gesso CaCO commerciabile si j basso alto gt 1 consumo acqua ind le 700 000 m anno Umido Calcare Solfiti solfati A Contenuto di zolfo richiesto ITAR CaS0O CaSO a 98 1 2 d E calcare refluo CaCO discarica basso alto gt 1 refluo a discarica Base sodio Umido sodio Na C03 Refluo a discarica 95 1 2 Contenuto di ua richiesto ITAR magnesio magnesio medio alto gt 1 refluo a discarica MgO di Base Li Contenuto di Zolfo alto costo impianto ammoniaca ammoniaca 98 1 2 basso alto gt 1 per Pre Walther NH AE il processo Walther PASSA COSTO PSOrGIZIO commerciabile basso costo impianto Umido JBR 0 Ra ne le 95 0 7 0 9 SO gt Ai basso costo esercizio 3 di potenza fino 1000 MW richiesto ITAR prima di 7 Acqua di mare scarico in mare Cita Acqua di mare con aumento 95 1 2 e applicabilit solo in zone mare solfati 1 3 costiere consumo acqua ind le 1 000 m anno ki Polvere di Contenuto di zolfi T P T ta 4 Semisecco a solfiti solfati a 90 00240 a SIA RR A A calcio discarica basso lt 1 esercizio potenza limite Ca OH 200 MW caldaia 50 om Calcare Polvere di i assenza ITAR refluo a Secco iniezione CaCO calce so Contenuto di zolfo discaric
2. preferisce allora riscaldare preventivamente l aria comburente con l impiego di un riscaldatore d aria a vapore RA V con il quale si regola la temperatura dell aria al valore conveniente I preriscaldatori di tipo rotativo pi usati sono i Ljungstr m Essi sono formati da un cilindro suddiviso da lamiere laterali in vari settori entro i quali vengono inseriti dei lamierini ondulati in senso verticale in modo da creare un ampia superficie che sar il mezzo di trasporto del calore dai fumi all aria Questo tamburo ruota lentamente 2 3 giri min in una cassa circolare che per met attraversata dai gas uscenti dalla caldaia e per l altra met dall aria comburente Ruotando i lamierini passano dapprima attraverso il flusso dei gas e si riscaldano poi passano attraverso il flusso dell aria a cui cedono il calore accumulato Sono naturalmente predisposti dei sistemi di tenuta fra parti rotanti e parti fisse tenute radiali circonferenziali e assiali Un altro tipo di preriscaldatore rigenerativo il riscaldatore d aria Rothemuhle Esso ha la particolarit di avere fermo il tamburo contenente gli elementi di scambio del calore mentre viene effettuata la rotazione dei flussi dell aria e dei fumi Il tamburo suddiviso in un grande numero di settori ed raccordato al condotto discendente dei gas Sulle due superfici del tamburo sono appoggiati due distributori con sezione a V contrapposta la cui part
3. Allorch la turbina ferma l albero rimane adagiato sulla generatrice inferiore del cuscinetto Alla presa dei giri la pressione dell olio diventa sufficiente a sollevare l asse e ad eliminare il contatto con il cuscinetto fornendo una lubrificazione ottimale Per i ridottissimi giochi radiali tra albero e relativi organi di tenuta e tra palette mobili e cassa i supporti devono avere un allineamento perfetto ed essere dimensionati in modo da mantenere la normale usura di funzionamento entro limiti ridotti La lunghezza dell asse nelle turbine di grande potenza raggiunge e talora supera i 30 metri di conseguenza le frecce che si ottengono per inflessione sono molto pronunciate Per tale ragione gli alberi dei corpi di turbina e dell alternatore sono collegati in modo che tutto il complesso sia disposto secondo una catenaria Durante la fase di raffreddamento dopo essere usciti di parallelo e prima di arrestare la turbina si deve mantenerla in lenta rotazione allo scopo di evitare deformazioni dell albero Si usa quindi il viratore costituito da un motore elettrico che aziona un treno di ingranaggi ed provvisto di un meccanismo che serve ad innestarlo o disinnestarlo sull apposita ruota cilindrica a denti diritti calettata sull albero di turbina tra il rotore di bassa pressione e l alternatore Il viratore utilizzato anche prima dell avviamento per eliminare eventuali eccentricit dell albero e favorire lo spun
4. Le centrali termoelettriche La turbina sottoposta durante il suo funzionamento a tutta una serie di sollecitazioni di origine meccanica e termica Mentre le sollecitazioni di origine meccanica sono previste dal costruttore e poste sotto il controllo del sistema di regolazione quelle di origine termica sono in genere una conseguenza transitoria dello stato di funzionamento della turbina Aumentando le potenze unitarie delle macchine sono cresciute le dimensioni delle parti sottoposte alle sollecitazioni a parit di transitorio termico tanto maggiori sono gli spessori dei componenti tanto pi elevate sono le sollecitazioni che ne conseguono Inoltre mentre per le casse si sono potute evitare le pareti troppo spesse con la soluzione della doppia cassa il diametro del rotore aumentato senza la possibilit di ridurne in qualche modo lo spessore Il vapore che alimenta la turbina subisce variazioni di temperatura durante una qualsiasi variazione o presa di carico E ovvio che le parti che si trovano nella zona centrale della turbina rotori e casse che vengono a contatto con il vapore sono direttamente interessate da una variazione di temperatura e quindi da sollecitazioni In una manovra di avviamento da freddo la temperatura del metallo molto pi bassa di quella del vapore che lo lambisce Appena il vapore viene a contatto con il metallo pi freddo la temperatura delle fibre esterne sale piuttosto rapidamente le
5. cooled ces sH BT SH MT SHAT desurrisc RH 80 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche 3 3 3 Caldaie a circolazione forzata In questo tipo di generatori di vapore eliminato il corpo cilindrico ed in condizioni normali di funzionamento il fluido percorre una sola volta il circuito vaporizzatore La circolazione avviene ad opera delle pompe alimento dimensionate in modo da vincere la maggiore resistenza del circuito interno della caldaia circolazione forzata Esistono diversi tipi di caldaia a circolazione forzata che pur attenendosi al medesimo principio di funzionamento differiscono per le soluzioni costruttive adottate Distinguiamo i seguenti tipi e caldaia Benson e caldaia Sulzer e caldaia UP universal pressure La mancanza del corpo cilindrico comporta soluzioni diverse per quanto riguarda l individuazione della zona in cui avviene la vaporizzazione e quindi l eliminazione delle impurit contenute nell acqua Nelle caldaie Sulzer si inserisce un separatore di umidit tra la zona vaporizzante ed il surriscaldatore con questo sistema si ha la netta distinzione dei due circuiti e la possibilit di applicare lo spurgo continuo per l eliminazione delle impurit Nelle caldaie tipo Benson e UP questa distinzione non esiste e la zona di vaporizzazione si sposta a seconda del rapporto esistente tra calore fornito e portat
6. e gestione della domanda di energia elettrica 15 I sei gas ad effetto serra sono e Anidride carbonica CO3 Metano CH4 Protossido di azoto N20 Idrofluorocarburi HFC Perfluorocarburi PFC Esafluoruro di zolfo SF6 37 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche Per quanto riguarda il riscaldamento dell acqua condensatrice fenomeno detto impropriamente inquinamento termico esso consiste nell innalzamento della temperatura di circa 6 10 C dell acqua utilizzata nei condensatori Si tratta di un problema che riguarda soprattutto le acque interne fiumi laghi in quanto la capacit termica delle acque marine pressoch illimitata e la modifica di temperatura interessa solo in superficie le acque prossime alla centrale Esistono comunque limiti di legge per le temperature dell acqua in uscita dai condensatori e per la differenza di temperatura dell acqua del corpo ricettore tra valle e monte dell impianto termoelettrico Sono stati effettuati molti studi degli ecosistemi interessati agli scarichi termici prima e dopo l avvio di funzionamento degli impianti I risultati ottenuti hanno mostrato che la restituzione all ambiente delle acque utilizzate negli impianti rispettando i limiti imposti dalla legge non modifica significativamente le caratteristiche strutturali e dinamiche delle principali componenti degli ecosistemi interessati 38 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche 2 2 Combustibi
7. A seconda delle modalit di trasformazione dell energia termica la turbina pu essere ad azione o a reazione Nelle turbine ad azione la trasformazione dell energia termica in energia cinetica avviene esclusivamente nel distributore nelle turbine a reazione tale trasformazione avviene in parte nel distributore e in parte nella girante Le turbine attualmente impiegate nelle centrali termoelettriche sono tutte del tipo assiale e sono miste ad azione e a reazione distributore distributore velocit c pressione p a b Andamento della velocit e della pressione nei due tipi di turbina a ad azione b areazione 92 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche L efflusso del vapore dagli ugelli governato dall equazione del moto dei fluidi in regime permanente 2 2 Az FAD 4h Az A h 0 AL 2g 2g dove Zo Z sono le quote delle sezioni di entrata 0 e di uscita 1 rispetto al piano di riferimento co c sono le velocit di entrata e di uscita del vapore ho e hi sono le entalpie di entrata e di uscita del vapore Q la quantit di calore scambiata con l esterno L il lavoro eseguito dal fluido nel suo percorso 1 kcal _ 1 kcal 4186 J 427kgm Considerando che l espansione adiabatica che non si produce lavoro che il termine zo z1 trascurabile e che pure trascurabile l energia cinetica nella sezione di entrata si pu scrivere 2 c 2 AMM c Eh h 91 5
8. Il modo di funzionamento start up adoperato quando l impianto sul circuito di avviamento quindi fino al 33 del carico massimo Infatti nelle caldaie ad attraversamento forzato per ragioni di stabilit la portata minima ammissibile nel vaporizzatore non pu essere inferiore al 33 della portata nominale Esiste quindi un adatto circuito detto circuito di avviamento che permette il funzionamento ai carichi inferiori Nel funzionamento ai bassi carichi la marcia corrisponde a quella in coordinata infatti anche in tal caso la potenza viene regolata agendo sulle valvole di ammissione turbina mentre si rinuncia sia alla possibilit di partecipare alla regolazione della potenza di rete sia all inserzione del segnale proveniente dal dispacciatore Le caratteristiche della caldaia prescrivono di funzionare anche a basso carico con la piena pressione a valle del primo surriscaldatore mentre la pressione nel secondo surriscaldatore e all ammissione in turbina limitata Volendo aumentare il carico occorre procedere alla pressurizzazione del secondo surriscaldatore perci necessario regolare la pressione del vapore alla turbina con le due valvole 200 e 201 che dividono il primo surriscaldatore dal secondo su un valore predeterminato in funzione della potenza elettrica 177 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche Poich con una potenza generata inferiore al 33 la combustione non sufficiente ad evaporare e surriscalda
9. conveniente per effetto dell incuneamento dell olio L olio iniettato tra i pattini ed trattenuto dalla rotazione del collare tutti i pattini si orientano in modo da formare altrettanti cunei d olio L angolo alla sommit dei cunei varia in funzione dell intensit della spinta Una buona lubrificazione l elemento fondamentale per la sicurezza di funzionamento di tutte le macchine rotanti Qualsiasi forma di attrito viene considerevolmente ridotta quando si interpone un lubrificante tra le superfici in moto relativo tra loro Nelle turbine a vapore lubrificate a circolazione forzata l olio deve assolvere a tre compiti fondamentali e lubrificare i supporti e tutti gli organi ausiliari e raffreddare gli organi lubrificati ed in particolare i supporti sottraendo il calore di attrito e assicurare il perfetto funzionamento del sistema di regolazione 112 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche Nell assolvimento di questi compiti l olio soggetto a condizioni operative veramente difficili perch in permanenza esposto oltre che al tormento meccanico anche all azione del calore dell acqua dell aria e di molte impurit che costituiscono i fattori principali della sua alterazione Le principali propriet richieste all olio sono la stabilit all ossidazione la buona demulsivit una adeguata viscosit propriet antiruggine e antischiuma Con l uso il lubrificante soggetto a degrad
10. riesce a far prevalere il basso costo del combustibile solo funzionando per un numero elevato di ore annue Un modulo a ciclo combinato associando a ridotti costi d impianto e minori spese di personale un pi elevato rendimento ha un costo unitario dell energia favorevole per utilizzazioni medio basse mentre per le alte utilizzazioni risente del maggior costo del combustibile 17 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche Nel prospetto seguente riportato un esempio di valutazione del conto economico effettuato per diverse tipologie di impianti termoelettrici avendo ipotizzato differenti utilizzazioni annue e una o p 7 E t A A 11 remunerazione dell energia elettrica variabile in funzione delle ore in cui viene prodotta VALUTAZIONE DEL CONTO ECONOMICO DI UN IMPIANTO TERMOELETTRICO dicembre 2002 Tipologia impianto CICLO CONVENZIONALE CONVENZIONALE CONVENZIONALE CONVENZIONALE COMBINATO 0 C MTZ O C STZ GAS NATUR CARBONE Potenza MW 2x380 2x320 2x320 2x320 2x320 Funzionamento annuo o 7000 5500 4000 5500 7500 re Fattore di carico 95 85 85 85 90 Produzione annua GWh 5054 2992 2176 2992 4320 Costo medio combustibile c Mcal 2 5 1 6 2 1 25 0 9 Consumo specifico netto kcal kWh 1564 2251 2251 2216 2324 Prezzo medio vendita energia c kWh 6 71 8 26 8 78 8 26 6 71 A RICAVI DI ESERCIZIO 10 339 247 191 247 290 B COSTI DI ESERCIZIO Totali 10 203 7 Combustibili 197 6 Risorse
11. scrivere Ap P Po tY Y2 6 6 6 L andamento della prevalenza necessaria in funzione della portata supposte costanti py po rappresentato da una parabola poich le perdite di carico variano con il quadrato della velocit e quindi della portata La pressione all aspirazione della pompa deve avere un valore abbastanza elevato affinch non si abbiano fenomeni di cavitazione con formazione di bolle di vapore Tale fenomeno si pu verificare nei punti della pompa ove la pressione scende al di sotto della somma della tensione di vapore dell acqua a quella temperatura p e della pressione parziale dei gas disciolti nell acqua Applicando il teorema di Bernoulli fra il serbatoio di alimento degasatore e l ingresso della pompa si ha indicando con y le perdite nelle tubazioni 2 2 v V ROTAIA ce Va 28 ig 28 essendo pe la pressione all ingresso della pompa v 2 Poich TA trascurabile dovr essere E 2 Vi Dadi 2g 129 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche Sia nel degasatore che nel condensatore la pressione pari alla tensione di vapore a quella temperatura e pertanto p Po Si avr quindi 2 h 21 Per pompe con elevata velocit all ingresso occorrerebbe disporre il serbatoio ad un altezza notevole anche per tener conto di possibili variazioni di pressione all aspirazione durante i transitori si preferisce installare il degasatore ad una ce
12. temperatura dell acqua alimento all ingresso dell economizzatore tipo di combustibile impiegato dimensioni volume della camera di combustione superficie della camera di combustione superficie dei surriscaldatori superficie del risurriscaldatore superficie dell economizzatore superficie dei preriscaldatori d aria Le temperature e le pressioni del vapore sono state fissate quando si definito il ciclo termico dell impianto la portata del vapore pu essere ricavata note le sopra citate grandezze dalla potenza P resa dal turboalternatore somma della potenza fornita alla rete e della potenza assorbita dai servizi ausiliari mediante la formula da cui n m Na hsg hryf hrac hi 8i 860 P n M G Wisi heny ene 1 Lg hh n 860 P Nm Na Pion hgy Ary h 5 g h h rendimento meccanico della turbina rendimento dell alternatore entalpia del vapore surriscaldato all ammissione in turbina entalpia del vapore risurriscaldato freddo che ritorna in caldaia entalpia del vapore risurriscaldato caldo alla riammissione in turbina entalpia del vapore allo scarico al condensatore entalpia dello spillamento i esimo portata di vapore in valore relativo rispetto a G dello spillamento i esimo G La superficie S dell evaporatore il quale interamente irraggiato si ricava dalla formula DD sa f JH p Q h h G k S L r ri v e ve 100 100 entalpia del va
13. 2 2 2 c w w Il grado di reazione pu anche essere espresso in funzione dell angolo a tra c e u 2 2 2 2 2 2 w W c c senad cos q Pesa 2 3 73 2 2 m 2 2 ci w w amp c c sena l cos a Se a piccolo p tende a 1 2 La turbina a reazione ha un rendimento a pieno carico maggiore di quella ad azione ma il rendimento pi variabile al variare della portata del vapore 96 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche Anche nel caso delle turbine a reazione la macchina composta da un solo stadio irrealizzabile per cui il salto di pressione disponibile suddiviso in vari stadi entrata vapore D U i m I b G DG DGOD G G palette mobili della girante D palette fisse del distributore Un elemento a reazione a parit di salto termico utilizzato ha una velocit periferica pari a circa 1 5 volte quella di un corrispondente elemento ad azione Ne deriva che a parit di velocit periferica massima compatibile un elemento a reazione pu sfruttare un salto termico met di quello del corrispondente elemento ad azione A parit di salto totale disponibile occorrer un numero maggiore di elementi a reazione rispetto a quelli ad azione pertanto si avranno macchine meno compatte e di lunghezza superiore 97 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche 4 3 Rendimento delle turbine Le perdite in una turbina a vapore sono dovute principalmente agli attriti intern
14. CVTM serve per creare un ambiente in depressione che raccolga le fughe dalle camere esterne ed inoltre per recuperare il vapore condensandolo in acqua 189 Zi Capitolo 3 Le centrali termoelettriche sistema di lubrificazione olio turbina La lubrificazione dei cuscinetti turbina uno dei servizi fondamentali e deve essere sempre assicurata in qualunque condizione di funzionamento Il sistema costituito da quattro pompe che provvedono all alimentazione dei vari rami di lubrificazione e alla regolazione delle apparecchiature di manovra della macchina e pompa olio principale coassiale e elettropompa ausiliaria e elettropompa viratore e elettropompa di emergenza in corrente continua Il circuito comprende il serbatoio olio munito di filtri e di refrigeranti I refrigeranti sono due in parallelo e l entrata in servizio di ognuno di essi comandata da una valvola manuale a doppio flusso manovrabile con un volantino posto sul tetto della cassa olio La pressione dell olio in ingresso ai refrigeranti superiore a quella dell acqua servizi in modo da evitare che in caso di rottura di un tubo del refrigerante l olio di lubrificazione si inquini con acqua stress evaluator Una turbina sottoposta durante il suo funzionamento ad una serie di sollecitazioni di origine meccanica e di origine termica Le sollecitazioni di origine meccanica vengono controllate dal sistema di regolazione e da even
15. La turbina a reazione dispone quindi sempre di un certo grado di azione dovuto alla trasformazione di energia che avviene ad opera del distributore Il getto del vapore che in un elemento ad azione si poteva far incidere solo su di un arco della girante nel caso di un elemento a reazione deve necessariamente incidere su tutta la superficie della ruota in quanto a causa della differenza di pressione tra monte e valle delle palettature avverrebbe un passaggio disordinato di vapore attraverso le palette non colpite direttamente dal fluido Un elemento a reazione deve essere perci necessariamente ad ammissione totale e non pu essere parzializzato Il profilo delle palette mobili di una turbina a reazione assume la forma di quelle fisse del distributore con una curvatura minore rispetto a quelle ad azione e con una disposizione tale da formare un vano tra paletta e paletta che si restringe nella parte corrispondente all uscita del vapore in modo da conferirgli un aumento di velocit Infatti la velocit relativa di uscita w2 maggiore di quella d ingresso w1 Affinch la velocit assoluta di uscita c2 sia assiale e quindi con perdite minime il coefficiente di velocit periferica k deve risultare u k cosa u C Cosa c 1 Si definisce grado di reazione il rapporto fra il salto entalpico elaborato nella girante Ahs e il salto entalpico totale Ah l 2 2 w w 2 2 p pe 2g pE i 1 e w w 2g
16. Per contro oltre all ovvio problema della costruzione di una caldaia a tenuta diventa pi complesso il sistema di caricamento del combustibile I gas in pressione che vengono prodotti hanno una temperatura di circa 850 C e sono inviati in una turbina a gas il vapore generato nella caldaia a letto fluido alimenta una turbina a vapore Si crea cos un ciclo combinato L accoppiamento di una turbina a gas e un combustore a letto fluido permette l utilizzo del compressore del turbogas come elemento necessario a fornire l aria comburente pressurizzata al letto fluido mentre la turbina a gas servir a produrre energia meccanica tramite l espansione dei gas combusti prodotti nel letto Il PFBC non per un combustore adiabatico come quello della turbina a gas e non ne raggiunge le temperature il calore sviluppato dalle reazioni di combustione non serve soltanto ad aumentare la temperatura dei gas combusti ma in buona parte dedicato a produrre vapore Il ciclo termodinamico risultante quindi un ciclo ibrido tra quello di un ciclo combinato gas vapore in cui tutto il calore di combustione elaborato dalla turbina a gas e quello di un ciclo Rankine Il ciclo a vapore gode comunque di un apporto termico di recupero dei gas scaricati dalla turbina a gas anche se questi si trovano a una temperatura pi bassa rispetto al caso di un ciclo combinato a causa della loro minor temperatura all inizio dell espansione 240 Capit
17. Piastra di separazione tramoggia In una sezione termoelettrica sono previsti due elettrofiltri uno per ogni condotto gas costituiti ciascuno da camere di precipitazione contenenti un certo numero di sezioni di captazione poste in serie rispetto al flusso dei gas Gruppi trasformatori raddrizzatori derivati dalle sbarre a 380 V dei servizi ausiliari alimentano gli elettrodi delle sezioni di captazione La tensione continua viene regolata in funzione della resistivit 238 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche delle ceneri captate Gli alimentatori sono posti sul tetto dei precipitatori mentre i relativi quadri di comando sono sistemati in apposito locale Sistemi di vibratori e scuotitori delle piastre ad intervalli di tempo regolari provvedono a far cadere la fuliggine nelle sottostanti tramogge Lo scarico e l allontanamento delle polveri raccolte dette ceneri realizzato per mezzo di scaricatori automatici e di sistemi di trasporto pneumatico Esiste la possibilit di programmazione della sequenza di vibrazione e percussione degli elettrodi precipitatore elettrostatico uscita gas gt ingresso gas estrazione ceneri volanti Naturalmente il problema polveri molto pi sentito negli impianti con combustione a carbone Un unit da 320 MW che brucia 2400 t giorno di carbone di qualit standard produce in media 240 t giorno di ceneri Questa quantit di ceneri prodotte viene estratta nelle var
18. che per le grandi centrali termoelettriche di norma pari a 380 kV Il rapporto di trasformazione pu essere variabile sotto carico a gradini in modo da assicurare una variazione massima del 10 rispetto al valore nominale ci permette di evitare di richiedere notevoli variazioni di tensione all alternatore per la regolazione di tensione all arrivo delle linee Il collegamento degli avvolgimenti di solito triangolo stella con neutro in tal modo le componenti armoniche ed omopolari circolano solo sull avvolgimento a triangolo del primario che collegato con l alternatore mentre il neutro sul secondario ad alta tensione permette la messa a terra del centro stella e quindi una risoluzione precisa dei problemi relativi all isolamento e al coordinamento dell isolamento Nelle unit da 320 MW l alternatore da 370 MVA collegato rigidamente con il trasformatore principale pure da 370 MVA Si pu adottare anche la soluzione di due trasformatori trifase in parallelo ciascuno di potenza 50 della totale soprattutto nel caso in cui il generatore sia sdoppiato in due unit gemelle perch accoppiato a turbina del tipo cross compound ad esempio nelle unit da 660 MW in tal caso il parallelo dei due generatori viene effettuato sull alta tensione Si ottiene cos una riserva parziale in caso di guasto ad uno dei due trasformatori poich l altro con un sovraccarico del 40 pu trasformare il 70 della potenza dell
19. dotate di turbine cross compound I grandi costruttori General Electric e Westinghouse negli anni 60 70 realizzarono impianti di potenza 350 1100 MW con condizioni ipercritiche del vapore 241 bar 538 C 565 C sia a semplice che a doppio risurriscaldamento con turbine cross compound o tandem compound Dal 1980 utilizzando l esperienza maturata con le unit a semplice e a doppio risurriscaldamento i grandi costruttori hanno sviluppato progetti con condizioni del vapore sempre pi spinte 300 bar e 600 C Questi progetti hanno trovato applicazione soprattutto in Asia e Nord Europa L incremento di rendimento di questi impianti mostrato nei due grafici seguenti e deve naturalmente essere considerato unitamente ai maggiori costi impiantistici di installazione e di manutenzione Double Reheat Single Reheat e 593 621 621 C sr 593 5931593 2977 565 593 593 C dl 565 5651565 TTT __ 593 621 C 593 593 C __ 565 593 C Posi 5651565 C 538 565 565 C li 538 538 538 C n 538 565 C 538 538 C Heat Rate Improvement Heat Rate Improvement Single Reheat 539 538 C 0 150 200 250 300 350 150 200 250 300 350 Rated Main Steam Pressure bar Rated Main Steam Pressure bar I cicli con condizioni del vapore surriscaldato e risurriscaldato superiori a 4000 psi 276 bar e 1025 F 552 C sono detti ultrasupercritici L adozione di un doppio risurriscaldamento d luogo ad incrementi di
20. e Configurazione High Dust Il reattore catalitico posizionato subito dopo l economizzatore di caldaia e quindi a monte del precipitatore elettrostatico La temperatura tipica di funzionamento di circa 380 C La configurazione High Dust richiede l impiego di catalizzatori con apertura dei canali sufficientemente ampia in modo da evitare intasamenti da parte delle polveri presenti nei fumi di combustione L occlusione anche evitata grazie ad una progettazione appropriata delle caratteristiche fluidodinamiche del sistema e attraverso opportune e periodiche soffiature di aria e o vapore L adozione di questa configurazione risulta ottimale dal punto di vista energetico ma richiede particolari cautele per il controllo dell ossidazione della SO ad SO3 Inoltre la concentrazione di SO all ingresso del reattore gi di per s relativamente elevata per cui appare necessario ridurre il pi possibile il valore dell ammonia slip e Configurazione Low Dust Il reattore catalitico posizionato subito dopo il precipitatore elettrostatico La temperatura tipica di funzionamento di circa 350 C Negli impianti a carbone la configurazione Low Dust pu essere scelta solo nei casi in cui la resistivit delle ceneri bassa ad alta temperatura ed perci possibile l adozione di precipitatori elettrostatici a caldo a monte dei preriscaldatori d aria e Configurazione Tail End Il reattore catalitic
21. e due piastre tubiere sulle quali sono mandrinati i tubi che sono attraversati dall acqua condensatrice e un involucro esterno che delimita le casse d acqua rinforzato per resistere alla pressione dall esterno e provvisto di una larga apertura superiore entrata vapore con un giunto periferico di dilatazione e protezione e due testate laterali che costituiscono le camere di arrivo e di scarico dell acqua condensatrice e una parte inferiore detta pozzo caldo nella quale si raccoglie il vapore condensato 117 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche Il fascio tubiero normalmente diviso in due parti per esigenze di manutenzione si pu infatti funzionare con met condensatore eventualmente riducendo il carico del gruppo mentre si sta effettuando la pulizia o la manutenzione dell altra met Il condensatore pu essere a semplice passo il percorso dell acqua unidirezionale entra da una parte ed esce dall altra o a doppio passo l acqua entra nella met inferiore delle casse d entrata attraversa i tubi inferiori e perviene nelle casse posteriori da qui passa nella met superiore e ritorna attraverso i tubi superiori al di sopra delle casse d entrata andando allo scarico giunto di espansione tra turbina e condensatore n collegamento tronco conico convogliamento vapore uscita Ri AR A semicassa anteriore di uscita anello d acqua posteriore portina d i
22. lo spessore dell incrostazione e A la conducibilit termica del materiale incrostante Alle temperature dei fumi nella camera di combustione 1300 1800 C prevale il calore trasmesso per irraggiamento alle pareti esso pu essere espresso con la formula di Stefan Boltzmann 4 4 Le T kS E a O rr 7 7 k coefficiente di trasmissione del calore per irraggiamento che dipende dalla configurazione geometrica e dalla natura fisica delle fiamme Sirr superficie irraggiata Te la temperatura assoluta media dei fumi Tp la temperatura assoluta media della parete Il carico termico specifico pu essere espresso da C irr k lun bi S che confrontato con l espressione C ou tetp della trasmissione per convezione tra fumi e parete permette di affermare che la trasmissione del calore per irraggiamento avviene come se il coefficiente di trasmissione avesse il valore ilo AI teran ad a 100 Tale valore aumenta rapidamente con la temperatura dei fumi ed in camera di combustione notevolmente pi elevato di quello corrispondente alla trasmissione per convezione 120 150 contro 50 60 kcal m h C Si raggiungono valori di Cs intorno a 200 000 kcal m h Le considerazioni svolte in merito alla temperatura dei tubi sono applicabili anche negli scambiatori sottoposti ad irraggiamento SH radiante La differenza fra la temperatura media del tubo e quella del fluido sar abbastanza piccola pur con Cs assai elevat
23. non possono essere trasportate senza demolire sia pure parzialmente l impianto Le caldaie semifisse di solito di potenzialit limitata sono quelle che al contrario sono eventualmente interamente trasportabili Le caldaie mobili sono invece montate su basamento mobile e solitamente forniscono esse stesse la potenza necessaria per il movimento come nel caso delle locomotive ferroviarie o delle caldaie installate sulle navi In funzione del combustibile impiegato si hanno caldaie ad olio combustibile a carbone a metano a gas di scarico recupero da forni ecc A seconda del sistema di alimentazione dell aria comburente e di scarico dei fumi si hanno caldaie a tiraggio naturale meccanico pressurizzato aspirato bilanciato La pressione del vapore prodotto se inferiore o superiore alla pressione critica distingue le caldaie subcritiche da quelle ipercritiche Infine la disposizione relativa dei fluidi in caldaia differenzia le caldaie a tubi di fumo gas caldi della combustione circolanti nei tubi e acqua all esterno di essi da quelle a tubi d acqua acqua circolante nei tubi investiti all esterno dai gas caldi Tutto il complesso di una caldaia di grande potenzialit sostenuto dall alto da un telaio metallico che ne consente la libera dilatazione verso il basso Dal telaio sono pure sostenuti i piani le scale la copertura 56 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche I dati che caratterizzano una caldaia
24. reburning E inoltre da ricordare una tecnologia di rimozione degli NO che prevede l iniezione in caldaia di prodotti ammoniacali ammoniaca o urea e che va sotto il nome di SNCR selective non catalytic reduction Il prodotto ammoniacale permette la rimozione di una certa parte degli NO presenti nei fumi di combustione attraverso una loro riduzione ad azoto molecolare e acqua L impiego degli interventi primari consente tuttavia una limitazione delle emissioni di NOx solo a determinati livelli Essi non sempre sono sufficienti per scendere al di sotto del limite di 200 mg Nm in particolare negli impianti a carbone allora necessario ricorrere ad altri interventi che vanno sotto il nome di interventi secondari di denitrificazione Fra le tecnologie degli interventi secondari la pi sperimentata la SCR selective catalytic reduction gi applicata su larga scala in campo mondiale su pi di 200 impianti per una potenza totale superiore a 60 GW La tecnologia SCR prevede l iniezione di ammoniaca nei fumi in uscita dalla caldaia l ammoniaca reagisce a temperature di circa 300 400 C con gli NO presenti nei gas di combustione per ridurli ad azoto molecolare ed acqua La reazione piuttosto lenta favorita dalla presenza di un catalizzatore alloggiato in un apposita struttura reattore SCR In un tipico impianto termoelettrico i fumi hanno temperature favorevoli alla reazione quando raggiungono il preriscaldator
25. stato ed ancora utilizzato per la generazione di energia elettrica negli impianti cosiddetti convenzionali a vapore a condensazione che dalla met del secolo scorso si sono imposti come una tecnica economica ed affidabile L efficienza relativamente bassa ha imposto la necessit di guardare verso tecnologie innovative che sapessero coniugare economicit ed affidabilit con un impatto ambientale sempre pi ridotto Questo ha portato a sviluppare tecnologie cosiddette pulite Clean Coal Technologies che dovrebbero permettere di continuare ad utilizzare il carbone per la produzione di energia elettrica in un contesto reso sempre pi difficile dalla accresciuta domanda di minimizzare l impatto delle centrali sul territorio e sull ambiente Allo stato attuale nel mondo scientifico e tecnologico i seguenti cicli sono considerati innovativi rispetto al ciclo a vapore convenzionale sopra citato e cicli ultrasupercritici USC a vapore e cicli combinati integrati con gassificazione del carbone IGCC Integrated Gasification Combined Cycle e cicli con combustori a letto fluido FBC Fluidized Bed Combustor con varie figurazioni applicative CFBC Circulating Fluidized Bed Combustor e PFBC Pressurized Fluidized Bed Combustor Tutti i cicli succitati hanno gi evidenziato le loro prestazioni in impianti realizzati su scala industriale impianti di centinaia di MWe ma che non hanno ancora raggiunto la completa maturit Tra i
26. unit Inoltre sempre per le unit da 660 MW l utilizzo di due trasformatori in parallelo da 370 MVA favorisce la gestione delle scorte in comune con le unit da 320 MW 4 Il costo C di un trasformatore in funzione della potenza P pu essere espresso con la formula C 5 Quindi rispetto al costo della soluzione con un solo trasformatore trifase posto uguale a 100 due trasformatori al 50 della potenza costano 118 mentre se si adottasse la soluzione di prevedere tre trasformatori monofase il costo sarebbe pari a 120 151 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche 7 3 Stazione elettrica Esistono diversi tipi di stazioni elettriche a seconda dell impiego cui sono destinate Gli schemi pi comunemente impiegati sono e semplice sistema di sbarre e doppio sistema di sbarre e semplice o doppio sistema di sbarre con sbarra di traslazione Il passaggio dalla stazione a semplice sbarra a quella con doppia sbarra ed ancora alla doppia sbarra con traslazione consente di migliorare notevolmente la flessibilit di esercizio e di assicurare al meglio il servizio delle linee tuttavia comporta un aumento delle possibilit di guasto a causa del maggior numero di apparecchiature e rende pi onerosa la manovra a causa della complessit dello schema Ho toa Di k A Stazione a doppia sbarra al sbarra A sbarra B I principali componenti di una stazione elettrica si possono classificare in e organi di trasform
27. 200 180 180 SO 0 400 180 200 polveri 0 50 30 50 36 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche 2 1 5 Interazioni con l ambiente L interazione fra le centrali termoelettriche e l ambiente si manifesta con l emissione dei prodotti della combustione nell atmosfera e con il riscaldamento dell acqua di mare o di fiume utilizzata per la condensazione del vapore nei condensatori Per quanto riguarda l inquinamento dell atmosfera esso in prevalenza dovuto alle polveri all anidride solforosa e agli ossidi di azoto contenuti nei fumi emessi dalle ciminiere Le polveri sono in gran parte trattenute da precipitatori elettrostatici ad alta efficienza installati sui condotti fumi prima della ciminiera l anidride solforosa viene contenuta utilizzando combustibili a basse percentuali di zolfo o predisponendo impianti di desolforazione gli ossidi di azoto vengono ridotti mediante appropriate tecniche di combustione o installando impianti di denitrificazione Vi infine il problema dell emissione di alcuni gas detti gas serra tra cui il pi importante l anidride carbonica che pu influenzare la composizione dell atmosfera che circonda il pianeta rendendola meno permeabile al passaggio in uscita dell energia irraggiata dalla Terra viene cos modificato quel fenomeno che va sotto il nome di effetto serra e che regola la temperatura terrestre I gas serra non sono inquinanti e non hanno effetti local
28. 40 mm risurriscaldatore D 60 mm economizzatore D 40 mm Lo spessore dei tubi si calcola con la formula _ PD SE 2k p spessore in mm pressione massima in kg mm diametro esterno in mm sollecitazione massima ammissibile in kg mm riferita alla temperatura di calcolo pari alla temperatura del fluido che scorre nel tubo maggiorata di 25 C nel caso di riscaldamento per convezione e 50 C nel caso di riscaldamento per irraggiamento Kga o La scelta della sollecitazione ammissibile deve essere operata tenendo conto del comportamento degli acciai alle alte temperature fenomeno dello scorrimento a caldo o scorrimento viscoso Si introducono pertanto i seguenti valori limite degli sforzi 002 sforzo che alla temperatura t d luogo ad una deformazione permanente dello 0 2 limite di elasticit convenzionale e 061 1000001 Sforzo che produce per scorrimento viscoso un allungamento dell 1 dopo 100 000 ore alla temperatura t e pr 100000t Sforzo che determina la rottura dopo 100 000 ore alla temperatura t Come sollecitazione massima ammissibile k da introdurre nella formula di calcolo dello spessore dei tubi s si assume il minore dei tre valori 0 0 2 1 O R 100000 O 1 100000 1 6 1 6 Fino a 350 C la sollecitazione 00 21 1 6 certamente la minore a 350 C essa ha un valore di circa 0 35 or a freddo Gli acciai impiegati nella costruzione dei tubi sono di tipo normale al carbonio per temperature fino a
29. C la temperatura del vapore deve essere la pi bassa possibile circa 330 C o almeno 50 C di surriscaldamento Se la turbina calda temperatura del metallo in camera ruota superiore a 120 C basta ottenere una temperatura del vapore leggermente superiore alla temperatura del metallo in camera ruota Aperte le valvole di turbina si deve rullare la macchina fino a portarla a 3000 giri min in un tempo previsto dal costruttore Poich subito dopo il parallelo necessario prendere rapidamente un carico di circa 10 MW per evitare un eventuale motorizzazione dell alternatore necessario che l operatore durante il rullaggio regoli la combustione cos da aumentare la produzione di vapore in modo graduale e non trovarsi senza margini al momento del parallelo Dopo il parallelo atteso un certo tempo per la stabilizzazione dei parametri principali possibile aumentare il carico sino al minimo tecnico pari al carico minimo che pu essere mantenuto continuativamente senza inconvenienti La presa di carico successiva pu avvenire sotto il pieno controllo della regolazione 175 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche 9 2 Regolazione caldaia ad attraversamento forzato In una caldaia ad attraversamento forzato il punto di inizio vaporizzazione e il punto di inizio surriscaldamento non hanno una posizione fissa ma sono definiti dalla portata di acqua alimento e dalla quantit di calore ad essa ceduta lungo il percorso d
30. CO dall acqua di caldaia demineralizzare l acqua di caldaia allo scopo di evitare la formazione di incrostazioni ed il trasporto di queste alle varie parti del ciclo termico effettuare la giusta regolazione del pH in caldaia al fine di contenere l attacco del ferro impedire i surriscaldamenti dei materiali evitando lo sporcamento esterno dei tubi passivare adeguatamente con magnetite le superfici interne dei tubi 198 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche 10 2 Corrosione nei condensatori Nel condensatore il vapore condensante lambisce all esterno il fascio tubiero che percorso al suo interno dall acqua di raffreddamento Dal punto di vista chimico la funzionalit del condensatore esige la sicura e costante separazione dei due fluidi tra i quali avviene lo scambio termico Tale funzionalit viene compromessa da svariati fenomeni corrosivi che comportano la rottura dei tubi e l inquinamento dell acqua del ciclo termico da parte dell acqua condensatrice La rottura dei tubi pu avvenire per fenomeni corrosivi all esterno lato vapore e all interno lato acqua di raffreddamento tali fenomeni completamente indipendenti tra loro hanno cause ed origini diverse I fenomeni corrosivi lato vapore che assumono particolare importanza sono quelli che riguardano il fascio tubiero e sono dovuti a due cause fondamentali la corrosione da ammoniaca e la corrosione sotto tensione L immissione di idrazina
31. Centesimi di Euro Mcal accise escluse 1 29 1 48 2 02 1 16 2 48 Centesimi di Euro Mcal accise incluse Tutti questi elementi ed altri ancora devono essere valutati al fine di ottenere la massima economicit di un impianto ricordando che il costo globale la somma degli oneri afferenti il capitale impiegato e degli oneri relativi all esercizio combustibile risorse esterne imposte e tasse personale Cos se il numero delle ore annue di utilizzazione della potenza installata elevato sar ridotta l incidenza del costo d impianto e converr disporre di centrali con rendimento elevato o con basso costo del combustibile Per calcolare il costo di produzione dell energia elettrica ci si pu riferire alla formula C 860K S nA c i a 4 i N n N PN c costo unitario del kWh P potenza dell impianto in kW C costo dell impianto per kW installato n rendimento medio netto dell impianto ita quota percentuale per oneri finanziari e ammortamento K costo del combustibile per caloria prodotta S costi di esercizio per kW anno escluso combustibile N ore di utilizzazione all anno della potenza massima n numero di avviamenti all anno A costo unitario degli avviamenti L olio combustibile distinto in ATZ BTZ e STZ a seconda del suo tenore di zolfo 10 Un gruppo a carbone avendo rilevante costo d impianto e maggiori costi di esercizio personale risorse esterne materiali
32. E preleva l aria temperata dalle condotte aria comburente e sull uscita del mulino prevede un aspiratore esaustore che preleva la miscela aria polverino e la invia ai bruciatori I due principali tipi di mulini impiegati nelle centrali ENEL sono quelli ad anelli e sfere Babcock amp Wilcox e quelli a tazze e rulli Combustion Engineering In ambedue i tipi la macinazione del carbone avviene per schiacciamento ed attrito tra due superfici rotanti una sull altra Nel mulino ad anelli e sfere la pista inferiore rotante di forma anulare e su di essa sono poggiate un certo numero di sfere che vengono trascinate in movimento dalla pista stessa Una seconda pista fissa preme superiormente alle sfere sotto l azione di molle la cui registrazione realizzata mediante un sistema di pistoni esterni alla carcassa La pista superiore pu essa pure essere rotante le due piste la superiore e l inferiore sono in tal caso poste in controrotazione a velocit diverse da motori separati L introduzione del carbone laterale e viene realizzata in modo che questo venga a trovarsi schiacciato fra le due piste e le sfere L aria di essiccamento e trasporto entra dal basso e trascina con s il polverino verso la parte alta del mulino dove attraversa il classificatore costituito da un certo numero di piccole serrande orientabili disposte secondo la generatrice di un tronco di cono o di un cilindro il cui compito quello di separar
33. Il segnale di carico elaborato nel selettore programmatore agisce in parallelo su caldaia e turbina al fine di produrre la migliore risposta del gruppo tenuto conto della capacit e dei limiti della caldaia e della turbina Per ogni aumento di richiesta di carico verr generato un segnale errore che confrontato con l errore di pressione vapore ed in accordo con questo produrr l apertura delle valvole turbina per soddisfare la nuova richiesta di carico La turbina mantenuta sotto il comando del variagiri e partecipa immediatamente alla regolazione della frequenza di rete con il proprio statismo La risposta iniziale della turbina fornita a spese dell energia immagazzinata in caldaia Al regolatore turbina giunge anche un segnale funzione dell errore di pressione del vapore SH tale segnale nullo finch l errore di pressione non supera i limiti stabiliti in fase di messa a punto della regolazione Contemporaneamente a questa azione il segnale di richiesta carico far aumentare il carico della caldaia in modo da produrre la quantit di vapore necessaria Affinch il segnale del carico richiesto possa essere usato per la richiesta di carico alla caldaia esso dovr essere opportunamente modificato ed adattato per tener conto degli scostamenti di pressione del vapore dal valore prefissato dovuti alla variazione di energia immagazzinata in caldaia Dal pilota carico caldaia il segnale agisce su aria e combustibile v
34. a 1 200 C circa infatti le ceneri fuse si depositano sui tubi di caldaia soprattutto sui surriscaldatori e risurriscaldatori e attaccano il metallo formando solfovanadati di ferro e cromo Si combatte questa grave forma di corrosione innalzando il punto di fusione delle ceneri mediante iniezione in caldaia di additivi altofondenti quali il magnesio sotto forma di ossido o di dolomite carbonato di calcio e magnesio Il contenuto in sostanze volatili pu variare per i litantraci da un 10 nei carboni magri antracitosi a un 32 nei grassi a lunga fiamma e a un 40 50 nei carboni secchi a lunga fiamma Il carbone trasportato dalle navi viene scaricato per mezzo di gru ed inviato tramite nastri trasportatori ad una serie di apparecchiature che provvedono ai seguenti compiti e pesatura del quantitativo in arrivo e eliminazione dei corpi estranei in esso contenuti e frantumazione per ridurre il carbone ad una determinata pezzatura e campionatura del carbone per consentire i necessari controlli di laboratorio gru a portale nastro trasportatore f nastro trasportatore 4 alimentatore d Pa campionatura a automatica pesatura Nr automatica Y alla caldaia nastro trasportatore 4 M Hi A 97 4 if separatore e x magnetico 7 we 7 e 41 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche Successivamente esso viene inviato alla macchina di messa a parco e di ripre
35. a disattivare anzitempo il catalizzatore 236 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche I catalizzatori generalmente utilizzati sono monoliti ceramici a nido d ape e metallici a piastra I monoliti ceramici sono costituiti completamente da materiale catalitico che durante il processo di produzione viene plasmato in forma di struttura a nido d ape con canali a sezione quadrata Nei catalizzatori metallici invece lo strato cataliticamente attivo viene applicato ad entrambi i lati del supporto metallico che costituito da lastre forate o da rete metallica I catalizzatori commerciali SCR sono costituiti tipicamente da ossidi di metalli V205 e o WO su TiO2 Il WO generalmente meno attivo del V205 e per tale motivo viene impiegato ad una temperatura leggermente superiore gt 350 C Per contro i sistemi a base di WO mostrano un attivit molto ridotta nell ossidazione di SO ad SO3 Sono in corso continue attivit di studio per mettere a punto catalizzatori pi efficienti ed economici In particolare sono in corso di sperimentazione catalizzatori che lavorano a bassa temperatura 200 300 C I costi di installazione attuali degli impianti SCR comprensivi del catalizzatore ammontano a circa 40 10 MW 237 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche 11 4 Riduzione delle polveri La riduzione delle polveri contenute nei fumi di combustione ottenuta tramite depolverizzatori meccanici e precipi
36. acide alcaline e dalle vasche API acido cloridrico contollo pH ba FRS i C O gt lt S rue 5a j allo scarico separazione fanghi i Loep a oas a GO e orsi I al serb accumulo lt 1 V G al serb acqua industr lt e Acque sanitarie provengono dai servizi igienici e civili della centrale e passano in un sistema di trattamento che prevede sgrigliatura triturazione ossigenazione decantazione e Acque meteoriche sono costituite esclusivamente da acque piovane scaricate dai pluviali delle zone coperte e dai piazzali sicuramente non inquinabili e vengono convogliate direttamente al canale di scarico 164 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche 8 6 Impianto di demineralizzazione L acqua necessaria per il riempimento della caldaia e del ciclo condensato alimento e per il reintegro delle perdite e degli spurghi e sfiati aperti in funzionamento acqua demineralizzata prodotta in un adatto impianto L acqua destinata alla demineralizzazione pu essere prelevata dal mare dai fiumi dai pozzi A seconda della provenienza sono richiesti diversi trattamenti preliminari per giungere ad ottenere i requisiti necessari per alimentare un impianto di demineralizzazione L acqua di mare deve essere trattata preventivamente per ridurre il carico salino a tale scopo si ricorre a processi di evaporazione addolcimento elettrodialisi osmosi inversa L acqua di fiume deve essere preventivamente depurata me
37. all ammissione di 6000 psi 414 bar e 1200 F 649 C Le tecnologie utilizzate per questi cicli USC prevedono e progetto avanzato del sistema di combustione e della camera di combustione e funzionamento a pressione variabile per ottimizzare l efficienza termica ai bassi carichi e circuiti particolari per equilibrare le portate nei tubi del vaporizzatore e adozione di materiali speciali in caldaia e in turbina e recupero del calore anche a basso contenuto entalpico e riduzione accentuata delle emissioni 26 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche L evoluzione in corso verso cicli operanti a temperature e pressioni sempre pi elevate ha come principale barriera tecnologica la disponibilit di nuovi materiali La tecnologia per la produzione di energia elettrica mediante cicli a vapore rimasta praticamente bloccata per molti anni al limite tradizionale dei 1000 F 538 C di temperatura del vapore surriscaldato e risurriscaldato principalmente per i limiti imposti dall utilizzo di acciai ferritici basso legati Gli obiettivi dello sviluppo dei materiali impiegati nei componenti pi sollecitati delle centrali termoelettriche sono una pi elevata resistenza a creep a lungo termine accoppiata a una sufficiente resistenza all ossidazione un elevata tenacit e resistenza all infragilimento una buona lavorabilit per la realizzazione di componenti di grandi dimensioni rotori casse turbina tubazioni e coll
38. anche per variazione della temperatura a cui la solubilit legata oppure per l influenza di altre sostanze presenti in soluzione Le condizioni di precipitazione sono strettamente connesse con il fenomeno dell evaporazione sulle superfici di scambio termico e variano da caldaia a caldaia Le incrostazioni in caldaia sono dannose perch riducono notevolmente il coefficiente di trasmissione del calore ne deriva un sensibile aumento della temperatura dei tubi con conseguenti surriscaldamenti locali seguiti da rotture e scoppi In turbina la solubilit dei sali disciolti nel vapore diminuisce man mano questo si espande corrispondentemente le sostanze trascinate si depositano sui distributori e sulle giranti Ci provoca una diminuzione di rendimento della macchina Come norma di esercizio occorre quindi che il ciclo termico sia il pi possibile esente da sali disciolti ci dovr essere controllato misurando la conducibilit in vari punti del ciclo termico condensato all uscita del condensatore condensato all ingresso del degasatore acqua alimento drenaggi di alta pressione vapore surriscaldato e risurriscaldato Queste misure di conducibilit possono essere effettuate sul campione tal quale convenientemente raffreddato a 25 C o dopo che questo ha attraversato una colonnina contenente resina cationica misura della conducibilit acida La misura della conducibilit acida permette il conseguimento di due scopi fondamentali
39. anni 80 sono state sviluppate pale ancora pi lunghe utilizzando leghe al titanio Sono attualmente disponibili pale da 1016 mm 40 pollici da 1067 mm 42 pollici e da 1219 mm 48 pollici I benefici apportati dall aumento dell area toroidale di scarico con l adozione di pi lunghe pale dell ultima fila sono evidenti nella figura seguente a pari potenza si passa dal vecchio al nuovo progetto con una configurazione pi compatta Past Design Present Design Se LP e De 2F 26 660 mm 60 Hz 1F 40 1016 mm Ti 60 Hz 2F 26 660 mm 50 Hz 1F 42 1067 mm 50 H2 on pra 4F 33 5 851 mm 60 Hz 2F 40 1016 mm Ti 60 Hz 4F 33 5 851 mm 50 Hz 2F 42 1067 mm 50 Hz HP g HP ip 900 MW Reheat DC LP he aC LP 6F 33 5 851 mm 60 Hz 4F 40 fiore mm Ti 60 4F 42 1067 mm 50 Hz 4F 48 1219 mm Ti 50 Hz High power density last stage bucket impact I costruttori offrono un ampia gamma di turbine con caratteristiche del vapore tradizionali o ultrasupercritiche con semplice o doppio risurriscaldamento con diverso numero di ammissioni spillamenti e scarichi Per le applicazioni minori si utilizzano unit a due corpi con scarico a flusso semplice Two casing single flow steam turbine 108 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche Le unit di potenza un po maggiore impiegano turbine a due corpi con valvole montate nel guscio o poste esternamente e sezioni di bassa pre
40. che ha gi compiuto lavoro in turbina vengono utilizzate integralmente invece di essere cedute in buona parte all acqua condensatrice nel condensatore Lo spillamento di vapore riduce lo scostamento del ciclo Rankine da quello ideale di Carnot infatti il calore fornito dall esterno con la combustione del combustibile ceduto al fluido l acqua alimento che gi stato preriscaldato a spese di calore prelevato all interno del ciclo vapore spillato In tal modo viene evitata la parte del ciclo Rankine a minor rendimento cio quella del riscaldamento dell acqua a bassa temperatura lungo la curva limite inferiore Effettuando i prelievi lungo i vari stadi di turbina occorrer a parit di potenza generata una maggiore portata di vapore all ammissione e quindi una maggiore produzione di vapore da parte della caldaia Nella turbina la maggiore portata negli stadi ad alta pressione consentir una minore parzializzazione e l adozione di palette di maggiori dimensioni nelle giranti a vantaggio del rendimento inoltre si ridurr la portata negli ultimi stadi dove normalmente si incontrano difficolt nello smaltimento dei grandi volumi di vapore Per cercare di migliorare ulteriormente il rendimento del ciclo termico si adottano pressioni in caldaia superiori a quella critica l acqua alimento perviene al generatore di vapore e attraversando Capitolo 3 Le centrali termoelettriche le varie superfici di scambio al ragg
41. circola l acqua da raffreddare Il movimento dell aria all esterno pu essere mantenuto sia con tiraggio meccanico che con tiraggio naturale Le torri a umido sono invece scambiatori di calore nei quali avviene una intima miscelazione fra acqua e aria con un intenso raffreddamento che dovuto per 1 85 90 all assorbimento del calore di vaporizzazione ad opera di quella parte dell acqua che evapora aumentando l umidit dell aria Per la restante parte si ha trasferimento del calore per convezione dall acqua all aria acqua di integrazione L acqua condensatrice che si riscaldata nel condensatore perviene nella parte superiore della torre e viene distribuita sul materiale di riempimento che deve facilitare il contatto dell acqua con l aria Il riempimento pu essere realizzato in modo da creare un film d acqua o da frazionarla in piccolissime gocce splash Quest ultimo sistema d luogo ad un notevole scambio termico ma richiede appositi separatori d acqua che aumentano le perdite di tiraggio per limitare il trascinamento di gocce da parte dell aria Alla fine l acqua raffreddata cade in una vasca di raccolta in fondo alla torre e da qui viene pompata verso il condensatore Per il progetto della torre occorre conoscere la temperatura dell aria e l umidit relativa Il limite teorico di temperatura raggiungibile dall acqua quello dell aria al bulbo umido Tutti questi dati sono evidentement
42. della torre ed inviati ai processi di bonifica e smaltimento onde ottenere gesso di qualit commerciabile e la minima quantit possibile di reflui da discarica Alternativamente il solfito di calcio CaSO non viene ossidato se non parzialmente e smaltito direttamente sotto forma di una poltiglia tixotropica tale processo ampliamente utilizzato fino ad oggi in Germania e negli Stati Uniti vista la disponibilit di vaste cave sta via via perdendo interesse data la necessit di grandi spazi per lo smaltimento di reflui non riutilizzabili La complessiva reazione del processo di desolforazione dunque la seguente CaCO SO 2H30 T CaS04 2H30 CO La configurazione del desolforatore ad umido prevede come gi accennato a seconda dei casi la presenza di un prelavatore a monte dell assorbitore vero e proprio Questo elemento consente di lavare con acqua i fumi grezzi prima della reazione di assorbimento si raffreddano cos i fumi fino alla temperatura di saturazione generalmente con acqua di mare quando disponibile onde ottenere migliori prestazioni nell assorbitore ed un minore consumo di acqua industriale durante il processo e si assicura una maggiore qualit al gesso prodotto eliminando con il lavaggio buona parte delle ceneri residue e parte del contenuto di cloruri 217 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche Per quanto riguarda invece la tipologia dell assorbitore vero e proprio la desolforazione ad umido of
43. di impianti policombustibili che hanno i bruciatore gas la possibilit di bruciare combustibili diversi a seconda delle circostanze Per quanto riguarda i bruciatori a gas bruciatore nafta Vn buon sistema quello di immettere il gas in camera di combustione attraverso numerosi fori praticati alla periferia di un anello immerso nel flusso dell aria comburente Praticamente questo i sistema viene realizzato collegando una A l serie di iniettori ad un distributore toroidale e dotando i singoli iniettori di pi fori orientati gas naturale 55 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche 3 Generatori di vapore Il generatore di vapore comunemente detto caldaia ha la funzione di trasformare l energia posseduta dal combustibile in energia termica e di trasmetterla al fluido inizialmente allo stato liquido acqua alimento in modo da trasformarlo in vapore con determinate caratteristiche di pressione e di temperatura alla turbina MP alla turbina AP scarico turbina AP copo _ cilindrico fg iii I SHbt tubi di caduta tubi bollitori acqua alimento C gt alla ciminiera combustibile CE aria ai bruciatori CE ricircolazione gas collettore fondo caldaia Le caldaie possono essere classificate secondo diversi criteri In base al modo di installazione si distinguono in caldaie fisse semifisse e mobili Le caldaie fisse sono quelle che costituendo unit grande e complessa
44. di tutti i fattori che influenzano la circolazione assai complessa e le soluzioni adottate per il suo perfezionamento hanno portato alla costruzione di caldaie sostanzialmente differenti tra di loro che possono essere raggruppate in quattro tipologie principali e acircolazione naturale e acircolazione controllata o assistita e a circolazione forzata e a circolazione combinata 3 3 1 Caldaie a circolazione naturale La circolazione in questo tipo di caldaia chiamata naturale perch ha origine e si mantiene grazie al fenomeno fisico della diminuzione del peso specifico dell acqua a seguito del suo riscaldamento Schematizzando il circuito vaporizzante il corpo cilindrico riceve acqua dall economizzatore e tramite il tubo di caduta esterno alla caldaia alimenta gli schermi vaporizzatori L acqua riceve negli schermi il calore prodotto in camera di combustione e riscaldandosi diminuisce il suo peso specifico e risale in alto verso il corpo cilindrico mentre altra acqua a temperatura minore prende il suo posto nella parte bassa circolazione naturale Si definisce rapporto di circolazione quello tra la portata ponderale dell acqua che circola nei tubi vaporizzatori e la portata del vapore generato esso indica il numero di giri che la singola particella 77 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche d acqua deve compiere tra il corpo cilindrico e i tubi vaporizzatori per essere vaporizzata ed quindi il reci
45. diversi assetti di condizioni avanzate 50 Conventional Advanced 45 40 Net Plant Efficiency 35 30 Pressure psi 2400 3500 3500 4500 4500 6000 SH Temp F 1000 1000 1000 1000 1100 1200 RH Temp F 1000 1000 1025 1025 1050 1100 2RH Temp F 1050 1050 1050 1100 Pressure bar 166 241 241 310 310 414 SHTemp C 538 538 538 538 593 649 RH Temp C 538 538 552 552 566 593 2RH Temp C 566 566 566 593 I cicli a 166 bar 538 C 538 C pressione subcritica con semplice risurriscaldamento e a 241 bar 538 C 538 C pressione supercritica con semplice risurriscaldamento sono da tempo molto diffusi e caratterizzati da ampia disponibilit ed affidabilit Il progetto del ciclo ipercritico a doppio risurriscaldamento 310 bar 538 C 552 C 566 C pu essere realizzato se il maggior impegno economico viene compensato dall aumento dell efficienza Le altre condizioni impiantistiche pi avanzate a pressioni e temperature molto elevate sono applicabili anche se richiedono ancora ricerche e prove a lunga durata prima di essere considerate a pieno diritto commerciali I cicli operanti a pressioni superiori a 4000 psi 276 bar e a temperature maggiori di 1025 F 552 C sono detti ul trasupercritici USC Le unit ultrasupercritiche sono in genere dotate di caldaie ad attraversamento forzato e prevedono il doppio risurriscaldamento I maggiori rendimenti pari a circa il 47 sono raggiunti con condizioni del vapore
46. e fenomeni di risonanza Le palette di una certa dimensione sono unite a gruppi anche ad un altezza intermedia e vengono fissate al rotore con un ancoraggio ad incastro a T a pino a coda di rondine a dita La larghezza delle palette varia da un minimo di 20 mm negli stadi AP fino a circa 150 mm all estremit BP Nella zona AP il volume specifico del vapore piccolo e quindi richiesta una ridotta sezione di passaggio invece allo scarico BP si hanno volumi specifici molto grandi e le pale dell ultima fila raggiungono lunghezze di 850 1200 mm con il classico profilo svergolato Le pale degli ultimi stadi in funzione del contenuto di umidit del vapore e della velocit periferica della paletta vengono protette dall usura mediante un riporto di stellite acciaio al cromo cobalto sullo spigolo d ingresso del vapore Il profilo svergolato e rastremato delle ultime pale imposto dalla variazione della velocit periferica e quindi del triangolo di velocit che si ha passando dalla radice alla estremit della pala 107 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche Storicamente l incremento di potenza delle turbine stato accompagnato dall adozione di pi lunghe pale nell ultimo stadio di bassa pressione Pale pi lunghe permettono maggiori portate di vapore senza dover ricorrere ad un maggior numero di flussi allo scarico Negli anni 60 furono introdotte le pale da 851 mm 33 5 pollici Dopo gli
47. esercizio dell alternatore collegato a una rete complessa con molti carichi variabili per cui la stabilit dinamica ottenuta per angoli inferiori a 90 sa sbarre di di e potenza infinita i gt ca VW I 7 LX e _ alternatore di potenza infinita alternatore in esame In definitiva il regolatore di turbina ha le seguenti funzioni in avviamento con gruppo fuori parallelo regola la velocit secondo un programma impostato dall operatore portando il gruppo dalla velocit di rullaggio a quella di sincronismo in parallelo su rete isolata se nella rete non operano altri gruppi con statismo basso effettua la regolazione della frequenza in parallelo su una grande rete interconnessa realizza una regolazione della potenza generata contribuisce alla regolazione primaria della frequenza regola la potenza generata partecipando alla regolazione secondaria contiene la sovravelocit in caso di distacco del carico ed uscita dal parallelo Per regolazione primaria si intende la variazione di potenza attiva ottenuta attraverso gli organi sensibili alle variazioni di velocit della macchina e secondo la caratteristica dello statismo Ad una 184 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche diminuzione di frequenza deve perci corrispondere un aumento di produzione di potenza attiva e viceversa per un aumento di frequenza La regolazione di frequenza o di potenza ottenuta agendo sul
48. essa devono aggiungersi le condense provenienti dai riscaldatori e dal degasatore e l acqua demineralizzata che integra le perdite varie dell impianto La portata del condensato e dell alimento attraverso i vari elementi del ciclo si adegua al carico dell impianto facendo s che la portata che entra nei principali serbatoi sia uguale a quella che ne esce ci equivale a mantenere costante il livello nel condensatore e nel degasatore Mentre per tutti gli altri serbatoi in cui si ha una regolazione automatica di livello si hanno sistemi che non si influenzano reciprocamente nel caso del condensatore e del degasatore gli interventi del regolatore dell uno influenzano quelli dell altro e viceversa Poich non richiesta una costanza assoluta del livello nei vari serbatoi ma piuttosto una buona stabilit per tutte queste regolazioni ausiliarie sono sufficienti sistemi ad azione proporzionale o proporzionale integrale con possibilit di variare il set point e la banda di proporzionalit in sede di messa a punto Nel condensatore nel degasatore nei riscaldatori e negli altri serbatoi del ciclo necessario che il livello sia mantenuto fra un valore minimo e un valore massimo per garantire il corretto funzionamento dell impianto La regolazione di livello del pozzo caldo del condensatore ottenuta tramite il controllo della valvola regolatrice di portata del condensato al degasatore Inoltre prevista e unaricircolazion
49. esterne 1 7 Imposte tasse e canoni 0 5 Personale 3 9 C MARGINE OPERATIVO LORDO A B 10 D AMMORTAMENTI E ACCANTONAMENTI 10 Investimento impianto 10 E RISULTATO OPERATIVO C D 10 F ONERI FINANZIARI 10 G RISULTATO ANTE IMPOSTE E F 10 Ammortamenti 8 del costo impianto Oneri finanziari 7 dell investimento Oltre alla remunerazione variabile in funzione della richiesta devono essere tenute in conto anche altre voci di prezzo dell energia elettrica attribuite agli impianti di produzione per i cosiddetti servizi ancillari e servizio di riserva secondaria consiste nel rendere disponibile una banda di capacit di produzione di energia elettrica di un gruppo di generazione asservita ad un dispositivo automatico di regolazione in grado di modulare la potenza erogata dal medesimo gruppo sulla base di un segnale di livello elaborato e inviato dal Gestore della Rete e servizio di riserva terziaria consiste nella garanzia della disponibilit a modificare per la quota di capacit per la quale il servizio prestato i programmi vincolanti di immissione a seguito di un ordine di dispacciamento del Gestore della Rete a salire o a scendere entro 5 minuti entro 15 minuti entro 60 minuti e servizio di bilanciamento consiste nella disponibilit a modificare i programmi vincolanti di immissione a salire o a scendere a seguito di un ordine di dispacc
50. favoriscono la formazione di silicati complessi che abbassano notevolmente il limite di solubilit nell acqua si possono cos avere depositi di silicati insolubili La conducibilit termica di questi depositi di gran lunga inferiore a quella dell acciaio per cui vengono esaltati i fenomeni e i pericoli gi visti a proposito delle incrostazioni da sali Normalmente per i depositi di silice si rilevano in turbina La formazione di depositi silicei duri e vetrosi sulla superficie delle palette avviene quando temperatura e pressione diminuiscono e la tensione di vapore della silice si abbassa al di sotto del valore corrispondente al suo tenore nel vapore 204 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche 10 4 Condizionamento e conservazione del ciclo acqua vapore con NH e N2H4 Riepilogando brevemente le fonti di inquinamento dell acqua del ciclo termico abbiamo che e Il condensatore pu essere origine di vari tipi di inquinamento da sali immessi tramite rientrate di acqua condensatrice nel condensato da ossigeno e anidride carbonica dovuti a rientrate d aria da sostanze organiche provenienti da rientrate al condensatore o dall acqua di integrazione prodotta da un impianto di demineralizzazione non funzionante correttamente da ossidi di rame o di ferro originati nel condensatore stesso o provenienti dai sistemi a monte e L impianto di trattamento del condensato che normalmente trattiene gli ossidi gli ioni dei
51. funzione del valore effettivo del livello 172 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche La misura del livello viene confrontata con il valore di set point e ne deriva un segnale correttivo dell equilibrio dei segnali delle portate acqua vapore Tale segnale viene inserito tramite una catena di ritardo per tener conto dei fenomeni di rigonfiamento e di contrazione della massa liquida nel corpo cilindrico durante i transitori Per variare la portata di acqua delle pompe alimento si pu agire sulla caratteristica della tubazione di mandata curva resistente o sulla caratteristica della pompa numero di giri Nel primo caso si usa una valvola di regolazione sulla mandata nel secondo caso si agisce a seconda delle scelte impiantistiche o sul variagiri della turbopompa o sul giunto di accoppiamento variabile della elettropompa o variando la frequenza di alimentazione del motore elettrico di trascinamento La regolazione della temperatura del vapore rappresenta come per la regolazione di livello un problema di fondamentale importanza per la sicurezza di esercizio dell impianto Il raggiungimento di temperature di valore superiore a quello di normale funzionamento si rivela senz altro dannoso per i materiali di caldaia producendo su di essi danni immediati o riducendone sensibilmente la durata D altro canto un eccessivo abbassamento della temperatura crea serie conseguenze per la turbina che in caso di improvvise forti variazioni v
52. h h In realt per effetto degli attriti una parte di energia cinetica si trasforma in calore e quindi il contenuto termico del vapore nella sezione di uscita non sar quello corrispondente all espansione adiabatica ma un po superiore La velocit effettiva c assumer quindi un valore inferiore c 9 91 5 4 h h con 0 94 0 99 Nelle turbine ad azione l intero salto di pressione convertito in energia cinetica negli ugelli fissi distributore mentre nelle turbine a reazione si ha una caduta di pressione sia nella palettatura fissa che in quella mobile L albero delle turbine sempre orizzontale ed il flusso del vapore nelle palettature assiale distributore e girante hanno lo stesso diametro medio e perci la velocit periferica all ingresso e all uscita della girante la stessa A l equivalente termico dell unit di lavoro A_ 93 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche 4 1 Turbine ad azione Il vapore attraversa il distributore del tipo convergente divergente e si espande diminuendo la propria pressione e aumentando la velocit Esce dal distributore e investe la palettatura della girante con velocit relativa tangente alle palette nel loro bordo d entrata Le palette con il loro profilo simmetrico determinano dei condotti a sezione costante che sono attraversati dal vapore con velocit relativa costante e senza variazioni di pressione La curvatura delle pal
53. i i Tae _ ___ F p I na anello di stabilizzazione fiamma y LE EG rr serrande interne a Bruciatore XCL Babcock serrande esterne De volatilization Zone f Oxidizing Zone i lgnitor Swirler tt Secondary t Pulverized Primary Air e Coal Air Tertiary NOx Reduction Air Zone Hydrocarbon Radical Generation Zone 231 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche B Ricombustione reburning Un ulteriore variante della combustione a stadi il cosiddetto reburning Questa tecnologia che si pu applicare a caldaie esercite sia ad olio che a carbone consente di ottenere attraverso una sostituzione del 10 20 del combustibile primario con gas una riduzione del 60 70 degli NO Si tratta di una combustione a tre stadi nella quale l aliquota maggioritaria del combustibile alimentata ai bruciatori con un limitato eccesso d aria zona di combustione primaria Successivamente al livello superiore si inietta il combustibile secondario in quantit tale da produrre una zona ricca di combustibile che opera in condizioni sottostechiometriche zona di ricombustione Infine a quota ancora superiore all altezza del naso viene introdotta l aria necessaria per completare le reazioni di combustione determinando una zona ad elevato eccesso d aria zona di completamento Cos facendo si ottengono elevate riduzioni di NO sia perch la temperatura lungo la camera d
54. idraulici e servoattuatori per il comando di posizionamento delle valvole e un regolatore elettroidraulico costituito da dispositivi elettronici atti ad esplicare le funzioni di regolazione e protezione della turbina dispositivi elettronici di commutazione circuiti amplificatori sommatori convertitori digitali analogici alimentatori ecc un pannello operatore che riceve i comandi da parte dell operatore e li trasmette al regolatore elettroidraulico ed dotato di strumenti visualizzatori dello stato del turboalternatore e del regolatore I segnali errore di velocit e errore di carico vengono elaborati in funzione di stabilit statismo e velocit di risposta e dopo essere opportunamente amplificati sono inviati al convertitore E H servovalvola che agisce sul servomotore fornendo olio modulato proporzionale alla corrente d ingresso in modo da ottenere il posizionamento del servomotore delle valvole di regolazione turbina La posizione delle valvole richiesta dal regolatore viene confrontata con la posizione effettiva rilevata da un trasduttore il segnale di feed back errore di posizione opportunamente amplificato va a comandare la servovalvola che fa spostare l asta del servomotore 187 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche Il sistema nel suo complesso provvede alla regolazione della turbina in ogni fase di operazione e precisamente alla regolazione di velocit dal funzionamento su
55. interposizione di convertitori A D In questo modo tutti i segnali vengono indirizzati via software e non pi necessario rifare il cablaggio ad ogni modifica per cui la flessibilit del sistema di controllo risulta enormemente incrementata Console Host operatore computer rete dati ridondante moduli di controllo il Processo field bus 168 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche e L interfaccia con l operatore costituita da un computer che scambia i dati con i moduli DCS e li elabora cos video tastiere e mouse hanno rimpiazzato i numerosi pannelli di elevata complessit delle sale controllo di un tempo Sugli schermi possibile vedere lo schema dell impianto con le relative variabili di processo a vari livelli di dettaglio Tramite tastiera o semplici sistemi di input si pu intervenire sul processo e sui parametri di regolazione Il computer pu avere anche la funzione di accumulare i dati di processo per cui il controllo a posteriori risulta particolarmente agevole I regolatori digitali non si possono considerare dei veri e propri regolatori continui poich i microprocessori hanno un funzionamento ciclico e spesso non trattano un solo segnale Essi sono sostanzialmente dei sistemi a dati campionati Un dispositivo di campionamento multiplexer invia ciclicamente il dato proveniente dal processo al regolatore digitale il segnale uscente non continuo ma disponibile in un dato mom
56. la potenza dei servizi ausiliari su una sola sbarra si dovrebbero impiegare interruttori con poteri di rottura molto elevati Una seconda ragione consiste nella maggiore sicurezza di esercizio consentendo l alimentazione di una semisbarra in caso di guasto dell altra L alimentazione pu essere trasferita da una sbarra all altra a seconda delle necessit mediante appositi interruttori congiuntori sbarre Per l avviamento dei gruppi a centrale completamente inattiva o in condizioni di emergenza esiste un trasformatore di avviamento comune ai due gruppi ed alimentato dalla rete esterna TAG collegato alle sbarre generali AG suddivise anch esse in due tronchi connessi tramite congiuntori alle sbarre di gruppo 139 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche 130 kY LFM1 MAI Le sbarre a 6 kV di gruppo alimentano i motori del macchinario principale pompe alimento ventilatori aria ecc e attraverso trasformatori 6000 380 V le sbarre a 380 V I quadri a 6 kV sono costituiti da celle prefabbricate in esecuzione modulare comprendenti l arrivo dell alimentazione normale e di riserva il congiuntore sbarre la cella misure la partenza dell alimentazione ai motori a 6 kV e al trasformatore 6000 380 V Gli interruttori che fanno capo alle varie utenze sono contenuti uno per cella e sono del tipo a deionizzazione magnetica in esecuzione estraibile Le sbarre A a 6 kV alimentano ciasc
57. lo slurry attraversando le griglie entra in intimo contatto con il liquido consentendo elevati livelli di abbattimento Nella zona inferiore della torre infine il gas fluisce verso i demister mentre la poltiglia di solfiti di calcio si deposita accumulandosi sul fondo della torre per essere ossidata e trasformata in gesso torre a doppio stadio dual loop metodo KRC la torre fisicamente divisa in due zone la superiore dedicata all assorbimento l inferiore all ossidazione dei solfiti Il flusso di gas diretto dal fondo alla cima della torre mentre lo slurry viene spruzzato da ugelli atomizzatori in controcorrente come nella torre a vuoto su diversi livelli di distribuzione ricircolando il liquido raccoltosi sul fondo della torre e nel serbatoio di alimento calcare La divisione fisica della torre realizzata dall absorber bowl una vasca di raccolta ad imbuto posta a met altezza della torre che raccoglie i solfiti della zona di assorbimento e li convoglia ad un serbatoio dedicato il gas fluisce lungo la periferia della vasca di raccolta La divisione in due stadi consente di ottimizzare i valori del pH differenziandoli fra assorbimento pH pi alto e ossidazione pH pi basso per raggiungere maggiori livelli di efficienza del processo tali valori sono ottenuti introducendo calcare di reintegro solo nel ciclo superiore aumentando quindi il pH e facendo semplicemente ricircolare lo slurry raccolto nel fondo della vasca
58. metallo dei tubi sono normalmente utilizzati tubi in acciaio o tubi in lega di rame cupronickel Divisioni e diaframmi permettono di definire e prolungare attorno ai fasci tubieri i percorsi del vapore e delle condense Sull arrivo del vapore e delle condense provenienti dai riscaldatori posti a monte sono installate opportune piastre al fine di proteggere i tubi dalle erosioni Il punto pi delicato di un riscaldatore risulta essere il collegamento fra tubi e piastra tubiera Inizialmente la giunzione era ottenuta mandrinando il tubo nella piastra poi si invece generalizzato l impiego di una saldatura di collegamento e tenuta associata a una mandrinatura che ha lo scopo principale di scaricare la saldatura dalle relative sollecitazioni 126 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche 5 degasatore La degasazione si propone il fine di eliminare i gas e gli incondensabili presenti nel condensato Per estrarre dall acqua i gas presenti necessario fare assumere al degasatore le seguenti funzioni e riscaldare alla temperatura stabilita tutta la massa d acqua per mezzo di vapore in modo da diminuire la solubilit dei gas e frazionare ed agitare l acqua cio dividere l acqua in goccioline sufficientemente piccole in modo che i gas presenti dispongano di superfici e di tempo necessario per separarsi dall acqua cos polverizzata e far tendere a zero le pressioni parziali dei gas presenti in modo che l acqua bo
59. molto grande anche se la portata di vapore G diminuita per gli spillamenti operati G v C3 S Non si pu d altra parte aumentare la velocit assoluta di uscita c2 Infatti mentre in tutti gli stadi tale velocit viene recuperata nello stadio successivo nell ultimo 2 essa d luogo ad una perdita pari a 5 Tale perdita pu essere anche cospicua perch nelle turbine a condensazione la pressione assoluta allo scarico bassissima Non si pu d altra parte aumentare molto S poich aumentando l altezza delle palette si raggiungono velocit periferiche e quindi sollecitazioni di trazione alla radice troppo elevate Il valore massimo ammesso della velocit periferica varia da 400 a 600 m s a seconda dei materiali impiegati cui corrisponde per n 3000 giri min una lunghezza delle pale variabile da 0 8 a 1 2 metri circa Per poter aumentare la sezione di uscita e quindi ridurre ulteriormente c2 occorre dividere la portata del vapore fra pi corpi di turbina funzionanti in parallelo ovvero ridurre la velocit di rotazione e quindi con pari velocit periferica massima aumentare il diametro massimo Risulta pertanto che per contemperare le varie esigenze e le turbine a condensazione di grande potenza con vapore surriscaldato ad alta temperatura e pressione sono progettate a 3000 giri min e le turbine a condensazione di grande potenza con vapore a media temperatura e pressione
60. nel ciclo inferiore gas 3 EAS STEFAN depurato gas depurato i slurry R acqua acqua demister lt e i calcare acqua i lie slurry grigli dal serb 7 N S gesso N gas grezzo gt gesso LA al serbatoio gt demister pompa n gas grezzo ricircolo AO aria ossid sani aria ossid lt aria ossid Torre a vuoto Torre a riempimenti Torre a doppio strato 218 Jet Bubbling Reactor JBR Altri assorbitori ad umido Calcare acqua Capitolo 3 Le centrali termoelettriche In tale sistema il gas iniettato nello slurry attraverso numerosi condotti sommersi mentre lo slurry di calcare alimentato dalla parte superiore della struttura e l aria di ossidazione insufflata all interno del bacino liquido di reazione il gas trattato fluisce quindi verso Palto attraverso condotti dedicati passa attraverso un demister ed rilasciato in atmosfera Il processo sviluppato da Chiyoda Corporation sotto il nome di Chiyoda Thoroughbred elimina pompe di ricircolo collettori o diffusori dello slurry minimizzando difficolt operative e consumi di energia il sistema raggiunge efficienze di rimozione del 95 Sebbene il processo calcare gesso e calcare discarica pur in declino rappresenti la grande maggioranza dei processi ad umido in esercizio condizioni particolari di processo consentono l uso di altri reagenti alternativi pur tuttavia simili per quanto concerne lo schema processuale a quanto
61. nell acqua del ciclo termico comporta la presenza di ammoniaca nel condensato con concentrazioni dell ordine di 300 400 ppb Nel condensato presente anche ossigeno con concentrazione dell ordine dei 10 ppb questa presenza contemporanea di NH e di O2 alla temperatura di 30 40 C e a pH circa 9 comporta la possibilit di corrosioni del rame e delle sue leghe tra queste ultime solo il Cupronichel 70 30 risulta esserne esente La corrosione da ammoniaca lato vapore riguarda principalmente i tubi nella zona sottoraffreddata con localizzazione in una zona del condensatore vicina al punto di estrazione degli incondensabili Oltre che in questa zona la corrosione da ammoniaca si manifesta anche in corrispondenza del passaggio dei tubi attraverso i diaframmi ed in corrispondenza della mandrinatura dei tubi sulle piastre tubiere Il fenomeno corrosivo pu essere spiegato supponendolo dovuto ad un meccanismo elettrochimico in cui gli ioni cuproammonici Cu NH3 che si sono formati inizialmente vengono ossidati a ioni Cu NH3 4 ad opera dell ossigeno presente e a loro volta provocano l ulteriore corrosione del rame 2 Cu NH3 4 O2 4 NH 2 Cu NH3 4 2 OH Cu NH3 4 Cu gt 2 Cu NH3 La corrosione sotto tensione stress corrosion dipende dalle sollecitazioni meccaniche a cui sono soggetti i tubi Tali sollecitazioni hanno due diverse origini la prima da ricercarsi nelle tensioni interne residue della lavorazione plas
62. nella parte superiore della torretta attraverso un sistema di ugelli spruzzatori che lo frazionano in gocce minute e lo distribuiscono uniformemente sul piatto pi alto In questa zona confluiscono i gas liberati nelle zone sottostanti unitamente al vapore che in funzionamento normale prelevato da uno spillamento di turbina nei gruppi termoelettrici unificati da 320 MW il 4 spillamento mentre in avviamento derivato dal collettore del vapore ausiliario I getti di acqua investiti dal vapore ne abbassano la temperatura fino a quella di condensazione alla pressione esistente nel degasatore In tal modo si condensa la maggior parte del vapore e quindi solo una piccola percentuale di esso viene scaricata all atmosfera insieme ai gas Nella parte inferiore della zona di riscaldamento dato l elevato coefficiente di trasmissione tra vapore condensante e acqua la temperatura di quest ultima raggiunge un valore assai prossimo a quello della temperatura di saturazione L acqua dopo aver attraversato la zona di riscaldamento cade su una serie di piatti forati dai quali scende in forma di pioggia il vapore sale dal basso fluendo alternativamente verso il centro e verso la periferia dell apparecchio quindi sempre in direzione perpendicolare al flusso dell acqua Il frazionamento meccanico dell acqua nel rimbalzare da un piatto all altro unito all effetto dinamico e termico del vapore assicura l eliminazione della magg
63. ossido all interno dei tubi e quindi della permanenza di migliori condizioni per la trasmissione del calore 210 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche 11 Salvaguardia ambientale Esaminando le caratteristiche dell energia elettrica ci si soffermati sui pregi di tale forma di energia i pi importanti dei quali sono senz altro la facile trasportabilit a distanza e la istantanea distribuzione nei quantitativi desiderati dall utilizzatore che la pu trasformare a sua scelta in altre forme di energia Sono da aggiungere il carattere assolutamente pulito in fase di utilizzo ed i vantaggi che si potrebbero ottenere in termini di riduzione dell impatto ambientale da una maggiore penetrazione elettrica soprattutto in ambito urbano La fase di produzione al contrario come del resto ogni altra attivit industriale provoca un certo impatto sull ambiente la cui entit dipende dal tipo di tecnologia adottata Particolare rilevanza assumono allora le problematiche ambientali connesse con gli impianti termoelettrici che bruciano combustibili fossili questi impianti contribuiscono infatti per circa due terzi alla produzione mondiale di energia elettrica Il processo di combustione comporta l emissione di una serie di sostanze inquinanti in particolare l anidride solforosa SO2 gli ossidi di azoto NO le polveri e l anidride carbonica CO2 che pur non essendo di per s nociva temuta per i noti effetti che
64. perdite di energia inoltre si cerca di realizzare la massima economia nel trasporto dei combustibili ed il facile approvvigionamento della quantit d acqua necessaria per la condensazione del vapore 100 150 m h di acqua condensatrice per ogni MW di potenza installata Qualora la centrale debba essere costruita lontana da sufficienti disponibilit d acqua l acqua condensatrice viene raffreddata in ciclo chiuso in apposite torri di raffreddamento che per grandi impianti assumono dimensioni considerevoli In tal caso per l acqua condensatrice ha una temperatura pi alta di quella corrispondente all acqua di mare o di fiume e quindi la pressione assoluta nel condensatore superiore e il rendimento del ciclo ne risulta peggiorato E preferibile quindi che le centrali termoelettriche siano ubicate in riva al mare o a fiumi o canali di portata adeguata Inoltre a parit di altre condizioni l ubicazione della centrale determinata dal confronto fra il costo di trasporto del combustibile e il costo di trasporto dell energia elettrica Per le linee di trasporto dell energia elettrica il costo O composto dagli oneri afferenti l immobilizzo di capitale i a C e dai costi di esercizio fra i quali prevalgono nettamente gli oneri dovuti alle perdite elettriche In prima approssimazione si pu scrivere P O i a C k R_ PENEN V cos e per il costo unitario os supposto un diagramma di carico cost
65. poi riammesso in turbina per espandersi definitivamente fino alla pressione del condensatore vapore risurriscaldato vapore surriso SH surriscaldatore RH risurriscaldatore Condensatore pompa alimento Si vede intanto che il rendimento del ciclo Rankine per il vapor saturo ABCDEA minore del corrispondente ciclo di Carnot AA DEA fra le stesse temperature di vaporizzazione e di condensazione Si vede inoltre che per cicli Rankine il rendimento del ciclo con vapore surriscaldato superiore a quello del ciclo con vapore saturo e che il rendimento del ciclo a vapore risurriscaldato superiore a quello del ciclo a vapore con semplice surriscaldamento perch in entrambi i casi si aggiunge una parte di ciclo a rendimento pi elevato ciclo con vapore surriscaldato e risurriscaldato ciclo con vapore saturo e con vapore surriscaldato 8 Facendo riferimento ai diagrammi di figura e il rendimento del ciclo con vapore saturo pari al rapporto fra l area A A e l area A YA B B e il rendimento del ciclo con vapore surriscaldato pari al rapporto fra l area A YA A e Parea AYA A B B B e il rendimento del ciclo con vapore risurriscaldato pari al rapporto fra l area AYA A A e l area A A A A B B B B Capitolo 3 Le centrali termoelettriche E opportuno anche osservare che i
66. possibili nuovi sviluppi suscita interesse il ciclo EFCC Externally Fired Combined Cycle che utilizza la tecnologia IFGT Indirect Fired Gas Turbine Esso prevede la combustione del carbone in una caldaia posta allo scarico della turbina a gas Il calore prodotto rientra nel ciclo a gas attraverso uno scambiatore ad altissime prestazioni realizzato con materiali ceramici che sostituisce il normale combustore La turbina a gas funziona quindi esclusivamente ad aria A valle dello scambiatore ceramico i gas combusti sono inviati a una caldaia a recupero che alimenta un ciclo a vapore bottoming e subiscono infine trattamenti di filtraggio desolforazione e denitrificazione prima della loro diffusione nell atmosfera DeMOx DeSOx filtri Generatore di vapore a recupero Scambiatore ceramico Caldaia a carbone 35 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche Dal punto di vista tecnico va osservato che la tecnologia USC ripropone di fatto il classico ciclo a vapore a condensazione operando per in condizioni molto spinte temperature fino a 720 C e pressioni oltre i 350 bar e richiedendo un treno di trattamento emissioni mentre le altre tecnologie IGCC FBC ed EFCC si basano su configurazioni impiantistiche completamente diverse Relativamente all impatto ambientale il problema pi rilevante sicuramente quello delle emissioni Ormai da qualche tempo l attenzione appare focalizzata sulle emissioni di CO al riguar
67. potrebbe avere sul riscaldamento globale della terra Occorre sottolineare che mentre per le prime tre sostanze sono ormai mature e diffuse in tutto il mondo tecnologie che ne consentono l abbattimento a valori al di sotto dei limiti imposti dalle attuali normative per l anidride carbonica tali tecnologie presentano costi molto elevati e soprattutto il problema ancora insoluto dello smaltimento degli enormi quantitativi dei prodotti di risulta Le azioni attuali tese al contenimento delle emissioni di CO2 vanno quindi individuate in quelle strategie di prevenzione che permettano una produzione la pi limitata possibile di questo gas 27 Nei grafici seguenti sono riportati gli andamenti delle emissioni complessive e specifiche di SO NO e polveri degli impianti termoelettrici ENEL Emissioni complessive di S03 Emissioni complessive di HOy Emissioni complessive di polveri migliaia dit migliaia dit migliaia dit 400 60 1200 n 50 1000 x 300 40 800 m E 600 lecca na 20 200 10 t ciuintoordomno Non iIioOoNO s5 9959 995555 so99 59ITIOS Limiti di legge m D M 8 5 89 quota parte ENEL Limiti di legge m D M 8 5 89 quota parte ENEL 3 50 3 00 Ap mso2 2 00 1 50 DNOx 1 00 O Polveri 0 50 0 00 1997 1998 1999 2000 g kWh 211 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche 11 1 Le nuove norme ambientali Lo sviluppo culturale il crescente benessere nonch la disponibilit di
68. prossimit dell uscita della camera di combustione L efficienza del processo dipende dalla stechiometria delle due zone di combustione che va scelta opportunamente per raggiungere un compromesso tra abbattimento di NO e produzione di incombusti solidi e gassosi Nella pratica industriale la combustione a stadi con frazionamento dell aria comburente avviene con le seguenti modalit e OFA over fire air Una parte dell aria comburente di norma il 20 25 deviata dalla zona bruciatori per essere introdotta direttamente in camera di combustione al di sopra dell ultimo piano bruciatori tramite appositi ingressi denominati NOx Ports In tal modo si riduce in zona bruciatori sia la quantit di ossigeno disponibile per la formazione degli NO sia la temperatura Questa tecnica applicata sia ai bruciatori tangenziali che a quelli frontali 230 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche e Bruciatori Low NOx Low NOx burners La combustione a stadi realizzata a livello di bruciatore stesso limitando la quantit di ossigeno nella zona centrale di fiamma zona riducente e fornendo delle portate d aria di completamento aria secondaria e terziaria intorno al bruciatore zona ossidante A Zzonadi combustione del materiale volatile B zonariducente C zona di decomposizione degli ossidi di azoto D zona ossidante griglia pilota a zdl A E co rr rrr_ II
69. retta normali all asse delle ascisse le trasformazioni isoentalpiche da segmenti di retta paralleli all asse delle ascisse Il diagramma di Mollier permette di determinare la diminuzione di entalpia in una espansione adiabatica che l equivalente termico del lavoro ottenuto per unit di peso del fluido in una turbina a vapore esso permette di effettuare rapidamente i calcoli relativi alle trasformazioni del vapor d acqua titolo vapore pressione bar volume specifico m kg temperatura C Entalpia kJikg Entropia kJikg K Diagramma di Mollier A pressione costante dh T quindi il coefficiente angolare della tangente ad una linea a pressione costante nel ds diagramma di Mollier uguale alla temperatura nel punto di tangenza Poich ovviamente in una linea a pressione costante la temperatura varia con continuit al variare dell entropia ne segue che le linee a pressione costante nel diagramma di Mollier non hanno cuspidi nelle intersezioni con le curve limiti contrariamente a quanto capita per le linee a pressione costante nel diagramma entropico Capitolo 3 Le centrali termoelettriche 1 3 Cicli termodinamici Un fluido che si espande produce un lavoro esterno ma per una produzione continua di lavoro quale richiesta ai motori termici necessario riportare allo stato iniziale il fluido che ha sub to l esp
70. scarico in atmosfera Sono stati dunque stabiliti dei valori massimi di concentrazione di alcune sostanze ed emersa una nuova esigenza di compatibilit ambientale al di l del controllo locale degli inquinanti Infatti occorre controllare le emissioni totali in relazione ai problemi ecologici di carattere sovranazionale e giungere cos alla stipula di protocolli a livello internazionale I protocolli internazionali finora sottoscritti riguardano la riduzione delle emissioni globali di ossidi di zolfo protocollo firmato a Helsinki nel 1985 e reso pi stringente a Oslo nel 1994 la riduzione degli ossidi di azoto protocollo firmato a Sofia nel 1988 la riduzione dei gas serra l anidride carbonica ne il principale questo problema stato discusso nel dicembre 1997 alla conferenza intergovernativa di Kyoto dove sono stati fissati obiettivi vincolanti sulle emissioni di CO Per rispettare gli impegni assunti l Unione Europea si impegnata nel periodo 2008 2012 a ridurre le proprie emissioni di gas ad effetto serra dell 8 rispetto al livello riscontrato nel 1990 La legislazione italiana recependo le nuove esigenze direttiva CEE 609 del 24 11 1988 si adeguata rapidamente Per i nuovi impianti termoelettrici il Decreto Interministeriale dell 8 maggio 1989 ha fissato limiti puntuali alle emissioni di SO NOx e polveri dai singoli impianti Per gli impianti esistenti lo stesso decreto ha imposto in linea con l
71. soddisfano abbastanza bene a questa esigenza in quanto sono praticamente derivate dalla fusione dei due sistemi di circolazione forzata e controllata La pompa di circolazione caldaia PCC inserita tra l economizzatore e il vaporizzatore ed aspira da una sfera di miscelazione di piccolissima capacit che posta in comunicazione tramite una valvola di non ritorno con l uscita dei tubi vaporizzatori Quando la portata richiesta alla caldaia di valore inferiore al minimo una parte di fluido che esce dal vaporizzatore ritorna nella sfera e viene fatta ricircolare dalla PCC assicurando quindi un flusso sufficiente al vaporizzatore Quando il carico ha raggiunto un valore pari al 60 70 del nominale la valvola di non ritorno si chiude e la pompa di circolazione funziona praticamente in serie alla pompa alimento non vi pi ricircolazione ed il funzionamento del tipo ad attraversamento forzato Questo sistema richiede un piccolo circuito di avviamento il quale per interessa una portata molto bassa pari a circa il 10 della portata nominale e minori costi di installazione rispetto a quelli delle caldaie ad attraversamento forzato circolazione combinata 84 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche 3 4 Dimensionamento del generatore di vapore Le principali caratteristiche dei generatori di vapore sono produzione nominale di vapore pressione del vapore nei vari stadi temperature del vapore nei vari stadi
72. tubi di caldaia dalla corrosione ad alta temperatura I principali componenti di questo combustibile espressi come in peso tra parentesi i valori sul secco raffrontati con quelli medi dell olio combustibile denso e del carbone sono i seguenti Orimulsion Olio combustibile denso Carbone Carbonio 60 0 84 6 85 8 88 0 Idrogeno 7 5 10 6 10 8 5 0 Zolfo 2 7 3 8 2 6 3 5 1 06 2 79 Azoto 0 5 0 7 0 2 0 5 1 4 2 1 Acqua 29 0 0 1 0 5 Ossigeno 0 2 0 2 0 2 2 0 8 0 Ceneri 0 1 0 1 0 04 5 0 15 0 Magnesio additivo 300 500 ppm Cloro ppm lt 60 lt 100 2000 5000 32 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche Nelle valutazioni che una societ produttrice di energia elettrica si pone nel definire i tipi di combustibile da impiegare entrano in gioco pi variabili e considerazioni La prima senza dubbio quella riguardante il costo del kWh che in Italia uno dei pi cari a causa dell elevato utilizzo di olio combustibile e gas naturale 80 Francia Germania Italia Regno Spagna Unito 70 60 H Gas 50 H Olio 40 O Carbone 30 O Nucleare 20 E Rinnovabili 10 0 i Mix percentuale di produzione elettrica nel 2002 nei principali Paesi Europei AJ 2 LUO NNNNA eA US MBtu 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 Prezzo dei combustibili a
73. turbina BP effettuato tramite tubazione cross over munita di compensatori di dilatazione e di spinta Il corpo BP in lamiera saldata composto da un cilindro esterno un cilindro interno e un cilindro intermedio disposto tra i precedenti Le prime file di palette fisse di ciascun flusso sono disposte su anelli montati nel cilindro interno con chiavette orizzontali e verticali Le altre file di palette fisse sono montate su anelli che sono di pezzo con il cilindro interno o con quello intermedio Il corpo BP poggia per tutto il suo perimetro su piastre di fondazione In corrispondenza della mezzeria trasversale la cassa esterna ancorata tramite chiavette alle piastre di fondazione costituendo il punto fisso della turbina La cassa interna BP montata in modo da aver libera dilatazione rispetto alla cassa esterna Turbina Tosi Westinghouse da 320 MW I rotori di turbina possono essere realizzati in due modi diversi e rotori a tamburo o di pezzo e rotori multicellulari a dischi calettati Il rotore a tamburo ha la forma di un tronco di cono le cui estremit costituiscono l albero a diametro ridotto I rotori multicellulari sono costituiti da un albero cilindrico e da un certo numero di dischi a diametro crescente i dischi possono essere calettati inchiavettati oppure di fusione con l albero a seconda se gli alberi sono soggetti a piccole o grandi sollecitazioni Generalmente i rotori AP sono di pez
74. vapore che adotta cicli standard 170 bar 538 538 C con semplice risurriscaldamento e 7 8 spillamenti raggiunge il 40 Il rendimento di un impianto con motori Diesel del 40 42 ma limitato a gruppi di potenza ridotta Una centrale equipaggiata con turbine a gas con recupero del calore dei gas di scarico in un ciclo combinato ha il rendimento pi elevato supera il 55 e nei cicli pi moderni sfiora il 60 inoltre essa presenta minori costi di installazione e di funzionamento Il costo unitario d impianto anno 2004 riferito a 2 unit convenzionali a vapore da 320 MW cadauna di circa 950 KW per le unit ad olio combustibile e gas naturale e di circa 1200 kW per le unit a carbone L analogo costo di un impianto costituito da due moduli a ciclo combinato da 380 MW cadauno funzionanti a gas naturale di circa 600 KW Le spese per il personale ammontano anno 2004 a circa 11 KW per le unit ad olio e gas 14 KW per le unit a carbone e 5 kW per i moduli a ciclo combinato Il costo delle risorse esterne materiali e forniture prestazioni di terzi spese generali varia mediamente da 3 a 4 KW a seconda del tipo di impianto La flessibilit di impiego di un impianto determinata dalla sua rapidit di avviamento e dalla possibilit di compiere ampie e veloci variazioni di carico I tempi di avviamento da freddo per i gruppi termoelettrici a vapore sono dell ordine di 6 8 ore ment
75. 0 C Con la caldaia orizzontale si stima che tali costi si riducano al 107 90 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche 3 5 Isolamento termico del generatore di vapore I generatori di vapore sono completamente racchiusi da un doppio involucro di lamiera con interposto materiale coibente L isolamento termico viene di solito proporzionato in modo che la superficie esterna della lamiera assuma una sovratemperatura di circa 30 C verso l ambiente esterno Tra gli isolanti normalmente impiegati troviamo e lana di roccia composta di fibre di roccia silicea alluminosa vulcanica resistente agli acidi non concentrati impiegata fino a 700 C e lana di vetro composta di fibre ricavate da masse vetrose ottenute mediante fusione e fibraggio resistente agli acidi non concentrati impiegata fino a 500 C e cemento isolante plastico AT composto da una miscela di fiocchi di lana minerale granulata con diatomite impiegato fino a 650 C e cemento isolante plastico BT composto da una miscela di carbonato di magnesio e fibre isolanti impiegato fino a 350 C e vetro cellulare ottenuto per espansione di vetro fuso e raffreddato in particolari condizioni resistente agli acidi impiegato fino a 430 C cemento isolante coibente rete Coibentazione della camera di combustione 91 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche 4 Turbine a vapore La turbina a vapore la macchina nella quale l energia termica si t
76. 00 C Vapore Acciai al carbonio t lt 430 C Acciai ferritici Acciai basso legati al molibdeno t 430 530 C Acciai medio legati al cromo molibdeno t 530 570 C Acciai alto legati al cromo molibdeno vanadio t gt 560 C Acciai austenitici al cromo nichel t gt 600 C Acidi Acciai inossidabili rivestiti di ebanite Alcali Acciai inossidabili Acqua demineralizzata Acciai inossidabili Aria Acciaio Acciaio zincato Rame Prodotti della combustione Acciaio protetto da gunite Acqua di mare Cemento Ghisa Materie plastiche Fognature Gres Ghisa Cemento Ceneri Ghisa Basalto 89 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche Per ridurre i costi dei materiali impiegati negli impianti ultrasupercritici leghe a base di nichel si cerca di ridurre le dimensioni del generatore di vapore a parit di potenza resa Un progetto Siemens per generatori di vapore funzionanti a 350 bar e 700 C prevede caldaie di limitata altezza e a sviluppo orizzontale Con la camera di combustione alta circa 31 metri si pu alzare il livello del piano di turbina in modo da ridurre la lunghezza delle tubazioni del vapore tra caldaia e turbina Size comparison of coal fired boilers for 550 MW output I costi totali di investimento di un impianto ultrasupercritico temperatura vapore 700 C sono circa il 120 di quelli di un impianto convenzionale temperatura vapore 54
77. 1 elimina dalla misura l influenza dell ammoniaca e dell idrazina che a valle della colonnina si trasformano in acqua 2 esalta la presenza di sali disciolti o dissociati Infatti anzich misurare la conducibilit dei sali si viene a misurare la conducibilit degli acidi corrispondenti che notevolmente superiore La misura della conducibilit acida funziona quindi da amplificatore chimico 202 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche Ferro Il ferro presente nell acqua alimento sotto tre forme 1 in forma solubile come ossido o come idrato Deriva dal processo di corrosione umida ed pochissimo dissociato per cui non possibile determinarlo con misure di conducibilit totale 2 in forma colloidale come miscela di ossidi pi o meno idrati in aggiunta ad altre sostanze presenti in forma colloidale 3 in forma di sospensione solida come ossido o miscela di ossidi principalmente Fe203 Il ferro sia esso solubile o sospeso deriva principalmente oltre che dalla caldaia anche dal ciclo condensato alimento e in particolare dal condensatore degasatore riscaldatori di bassa e alta pressione flash tank recupero drenaggi ecc In caldaia il ferro si deposita sotto forma di miscele di ossidi Infatti oltre a quello gi presente che deriva dalla reazione metallo acqua anche il ferro di apporto subisce una serie di trasformazioni ossidazioni e disidratazione con formazione finale di ossidi insolubili Un
78. 400 C oltre tale temperatura le loro caratteristiche meccaniche decadono al punto che necessario passare agli acciai legati al nichel cromo molibdeno a struttura ferritica Oltre i 560 C pu essere necessario adottare acciai ad alto tenore di nichel e cromo a struttura austenitica che hanno ottime caratteristiche meccaniche ma un costo assai pi elevato 21 In generale applicando un carico con intensit crescente fino ad un certo valore la deformazione non cessa di aumentare nello stesso istante in cui si stabilizzato il carico ma prosegue in modo tanto pi sensibile quanto pi elevato il carico raggiunto o la temperatura alla quale si esegue la prova La deformazione ed i fenomeni ad essa conseguenti sono pertanto funzione dello sforzo della durata di applicazione di questo e della temperatura Se si applica un certo sforzo o a temperatura t nell andamento della deformazione si possono distinguere tre fasi la prima comporta un rapido scorrimento di assestamento che va rallentando fino a stabilizzarsi dopo alcune decine di ore durante la seconda fase di lunga durata lo scorrimento impercettibile e quasi lineare nel tempo la terza fase caratterizzata da uno scorrimento crescente fino alla rottura 88 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche Materiali per tubazioni impiegati nelle centrali termoelettriche Acqua industriale e condensato Acciaio al carbonio Alluminio Materie plastiche t lt 1
79. 7 0 665 5 Impianti non altrove classificati 7 95 6 117 5 95 1 92 5 Totale generale 1 923 60 607 7 72 296 6 59 121 9 56 712 2 19 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche Potenza efficiente lorda degli impianti termoelettrici in Italia dal 1963 al 2003 Numeri indice base 1963 100 900 800 700 600 500 400 300 ta 200 Termici tradizionali Geotermici Nudeari 100 m Totale 1963 67 71 175 179 83 87 91 195 99 2003 20 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche 2 Centrali termoelettriche a vapore 2 1 Schemi tipici di centrale 2 1 1 Circuiti principali I circuiti o cicli principali di un gruppo termoelettrico sono i seguenti e circuito condensato alimento circuito acqua vapore in caldaia circuito aria gas circuito acqua condensatrice ciclo del combustibile Nel circuito condensato alimento l acqua viene estratta dal pozzo caldo del condensatore per mezzo delle pompe di estrazione del condensato e dopo aver attraversato l impianto di trattamento incrementa la propria temperatura nei riscaldatori di bassa pressione Perviene al degasatore e da qui ripresa dalle pompe alimento attraversa i riscaldatori di alta pressione ed entra nel generatore di vapore SH i RH Turbina Altematore ST Degasatore fr SIL Li ly i me f RBP EES RAP combustibile aria SNA DIANA acqua condensatr
80. 8 660 Vapore scarico turbina MP 7 2 Vapore 4 spillamento ingresso degasatore 7 0 740 4 48 670 Vapore alla turbina BP 741 6 736 495 Vapore 5 spillamento ingresso R3 2 5 690 7 45 255 Vapore 6 spillamento ingresso R2 0 73 639 5 28 490 Vapore 7 spillamento ingresso R1 0 29 607 5 44 165 Vapore scaricato al condensatore 0 05 32 5 566 1 619 355 Condensato ingresso R1 BP 33 1 33 1 Condensato uscita R1 ingresso R2 BP 65 4 65 4 Condensato uscita R2 ingresso R3 BP 88 8 88 8 Condensato uscita R3 ingresso R4 degasatore 125 1 125 4 738 100 Alimento ingresso R5 AP 166 5 170 7 Alimento uscita R5 ingresso R6 AP 201 5 207 1 Alimento uscita R6 ingresso R7 AP 244 252 8 Alimento uscita R7 ingresso economizzatore 290 306 1 Drenaggio R7 249 258 1 106 965 Drenaggio R6 206 5 210 5 187 870 Drenaggio R5 171 5 173 2 236 530 Drenaggio R3 93 8 93 8 45 255 Drenaggio R2 70 4 70 4 73 145 Drenaggio R1 64 7 64 7 44 165 Il consumo specifico di turbina e ciclo utilizzando i dati di progetto risulta DERE 1 023 300 811 8 306 1 788 785 844 5 725 6 1 903 70 ea 321 095 kWh 25 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche Per ottenere migliori prestazioni d impianto necessario aumentare in modo significativo le pressioni e le temperature del vapore surriscaldato e risurriscaldato La figura seguente mette a confronto i rendimenti netti ottenibili da un impianto convenzionale 166 bar 538 C 538 C e da
81. Capitolo 3 Le centrali termoelettriche CAP 3 Le centrali termoelettriche 1 Cicli termodinamici 1 1 Propriet dei fluidi Lo stato fisico di un gas determinato quando sono note due delle seguenti variabili pressione temperatura volume specifico Tali variabili sono com noto legate tra loro dalla relazione pv RT denominata equazione caratteristica dei gas perfetti Nella relazione suddetta p la pressione v il volume specifico T la temperatura assoluta R la costante caratteristica dei gas Anche altri parametri oltre ai tre precedenti sono caratteristici dello stato fisico di un fluido tali sono ad esempio l entalpia calore totale e l entropia cosicch lo stato fisico di un fluido pu essere definito anche dalla conoscenza della sua entropia e della sua temperatura assoluta oppure della sua entropia e della sua entalpia Quando un fluido passa da uno stato fisico ad un altro varia qualcuno dei parametri che lo definiscono in tal caso si dice che il fluido ha sub to una trasformazione Uno stato fisico essendo individuato da due parametri pu essere rappresentato da un punto di un piano in un sistema di assi cartesiani ortogonali assumendo a coordinate del punto i valori dei due parametri Una qualsiasi trasformazione che il fluido subisce pu allora essere rappresentata nel piano da una linea i cui punti rappresentano i successivi stati fisici assunti dal fluido e gli estremi ra
82. H6 3 0 e propano C3Hg 0 5 e butano C4H10 0 1 e azoto N2 0 6 e zolfo S tracce e p c i a 15 C e 760 mmHg 8 250 kcal Nm circa Un metro cubo di gas naturale equivale rapportando i poteri calorifici a circa 1 2 kg di carbone e 0 85 kg di olio combustibile La fornitura di gas naturale alle centrali avviene tramite gasdotto Non essendovi possibilit di accumulo il gas deve essere fornito con una certa regolarit e la centrale deve mettere a punto precisi programmi di funzionamento per essere in grado di utilizzare il quantitativo concordato Il gas in arrivo alla centrale prima di essere utilizzato deve subire una decompressione che normalmente avviene in due salti L impianto di centrale quindi costituito da due cabine di riduzione Tra le due cabine inserita la misura di portata che realizzata mediante un diaframma collegato a strumenti registratori La misura convenzionalmente deve avvenire alla temperatura di 15 C pertanto la cabina del primo salto dispone di riscaldatori a vapore con regolazione automatica della temperatura Dalla cabina di riduzione del secondo salto il metano inviato alle cabine di smistamento delle caldaie che comprendono le valvole di blocco le valvole di regolazione della portata e le valvole di intercettazione del gas ai bruciatori I bruciatori a gas negli impianti termoelettrici sono molto spesso accostati a bruciatori ad olio e talvolta anche a carbone si tratta evidentemente
83. S 02 SO e calcinazione del calcare a ossido di calcio CaCO CaO CO 425 kcal kg e reazione tra SO e CaO SO 2 O2 CaO CaSO 3740 kcal kg Le ceneri prodotte a base di solfato di calcio sono chimicamente stabili e facilmente evacuabili Queste ceneri possono essere riutilizzate nell industria del cemento nella stabilizzazione del suolo nella produzione di blocchi di calcestruzzo nella preparazione di fondi stradali ecc 244
84. a PO4 L iniezione dei reagenti per il condizionamento effettuata a mezzo di pompe dosatrici che aspirano le soluzioni dei reagenti da adatti serbatoi Il punto di immissione normalmente a valle dell impianto di trattamento del condensato 4 riscaldatori di bassa pressione Vengono denominati riscaldatori di bassa pressione quelli che sono installati fra la mandata delle pompe estrazione condensato e l aspirazione delle pompe alimento Sono in genere dotati di una zona sottoraffreddante mentre non hanno zona desurriscaldante essendo alimentati da vapore saturo o con surriscaldamento modesto I riscaldatori di bassa pressione utilizzano vapore spillato dagli ultimi stadi di turbina e in genere sono in numero di 3 sistemati il pi vicino possibile alla turbina per ridurre la lunghezza delle tubazioni degli spillamenti che avendo pressione ridotta ed elevato volume specifico sono di grande diametro Diversi progettisti hanno adottato il criterio di sistemarne alcuni nel collo del condensatore cos da ridurre ulteriormente la lunghezza delle tubazioni di spillamento Lo scarico della condensa drenaggi dei riscaldatori effettuato in cascata ossia i drenaggi del riscaldatore a pi alta pressione di spillamento si scaricano in quello a pressione immediatamente inferiore e cos via sino ad arrivare all ultimo riscaldatore a pressione minima ove sono possibili due soluzioni inviare i drenaggi al condensatore oppure recuperarl
85. a VA che hanno il compito di inviare in caldaia il quantitativo di aria necessario affinch sia realizzabile la completa combustione del combustibile I ventilatori impiegati sono centrifughi di tipo radiale costituiti dalla girante con il mozzo dal boccaglio di aspirazione e dalla chiocciola La regolazione della portata pu essere effettuata con vari sistemi pi usato l impiego di serrande costituite da palette direttrici ad inclinazione variabile poste sull aspirazione del ventilatore oppure di distributori a palette orientabili sistemati sulla bocca aspirante L inclinazione degli elementi costituenti le serrande di regolazione produce una resistenza addizionale ed il ventilatore dovendo funzionare ad una pressione maggiore riduce la sua portata La regolazione pu anche essere effettuata con miglior rendimento variando il numero di giri del motore elettrico alimentato a frequenza variabile i preriscaldatori dell aria che hanno il compito di riscaldare l aria comburente a spese del calore contenuto nei fumi all uscita della caldaia Il preriscaldamento dell aria migliora sostanzialmente il processo della combustione e diminuisce le perdite per incombusti aumenta il carico termico specifico della camera di combustione con conseguente aumento della capacit di vaporizzazione del generatore a parit di superfici di scambio Rende inoltre possibile l impiego di combustibili di qualit inferiore i quali a causa del
86. a basso costo solfiti solfati a condotti 80 lt 0 5 b er di sorbente idrata discarica basso lt 1 impianto eccellente Ca OH ibri 60 0 retrofitting assenza ITAR refluo a Polvere di f discarica tecnologia Secco CFB dn solfiti solfati a 93 97 lt 0 5 ci semplice alto costo 2 discarica esercizio basso costo impianto a SI Zolfo puro acido Contenuto di zolfo ao Rigenerativi Da sa solforico H SOy gt 95 0 1 3 5 basso lt 1 ai 8 commerciabili Wellman Lord gt 1 AR MgO impianto 226 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche 11 3 Riduzione degli ossidi di azoto I limiti puntuali imposti alle emissioni di ossidi di azoto sono tali da richiedere sia per il funzionamento a carbone che per quello ad olio combustibile e a gas modifiche ai sistemi di combustione delle centrali termoelettriche e in alcuni casi l adozione di denitrificatori La concentrazione limite di 200 mg Nm valida per gli impianti con potenza superiore a 500 MW termici calcolata sui fumi secchi riferiti ad un contenuto di ossigeno pari al 6 nel funzionamento a carbone e al 3 nel funzionamento ad olio e gas Nei processi di combustione vengono originati NO sostanzialmente di tipi e NO termici Il primo cammino di reazione porta alla formazione di NO partendo dall ossigeno e dall azoto dell aria di combustione Le reazioni pi importanti sono le seguenti O N2 gt NO N 02 N NO O La prima reazione ha un e
87. a spigoli arrotondati avvolte su forma Le piattine sono isolate in cava con strisce sovrapposte di vetro e resina epossidica in corrispondenza delle testate sono isolate con strisce di micanite agglomerata con legante epossidico Per gli alternatori da 370 MVA accoppiati alle turbine da 320 MW la tensione continua di eccitazione di 350 700 V e la corrente nominale di eccitazione di circa 2 3 2 7 KA La corrente di eccitazione fornita dalle sbarre dei servizi ausiliari tramite trasformatore dedicato ed opportunamente raddrizzata da ponti a thyristor controllati direttamente dal sistema di regolazione eccitazione statica Nelle testate vengono disposti dei blocchetti distanziatori di vetroresina e sotto le cappe di blindaggio sono posti anelli isolanti in tela di vetro e resina poliestere per alte temperature Cappa di blindaggio anello circuito smorzatore collegamenti polari 142 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche Gli anelli collettori sono ricavati da anelli di acciaio fucinato e vengono montati previa interposizione di materiale isolante mica e vetroresina su una bussola Il collegamento tra avvolgimento e anelli realizzato tramite una connessione che percorre l interno dell albero anelli ventole collettori Lo statore comprende la carcassa esterna in lamiera saldata di forte spessore irrigidita all interno da centine disposte lungo la circonferenza e da nervature longitudin
88. a 230 che regola il livello Alla pressione di 4 ate nel flash tank si sblocca la valvola 205 una piccola parte del vapore prodotto andr tramite la 205 e le valvole di spurgo ingresso turbina a preriscaldare il surriscaldatore secondario e le tubazioni di uscita caldaia Aumentando 1 fuochi aumentano pressione e temperatura del fluido che entra nel flash tank Le valvole 240 regolano la pressione al flash tank scaricando il vapore al condensatore Quando la temperatura del vapore avr raggiunto un valore compatibile con le esigenze di turbina intorno ai 500 C per gli avviamenti da caldo e ai 380 400 C per gli avviamenti da freddo si potr procedere al rullaggio Subito dopo il parallelo necessario prendere rapidamente 10 15 MW di carico possibile poi mettere in automatico il regolatore di turbina Prima di dare inizio alla pressurizzazione del surriscaldatore secondario opportuno consentire al sistema una stabilizzazione nelle seguenti condizioni e carico generato a circa 35 MW con pressione del flash tank pari a circa 34 ate e tutte le valvole del circuito di avviamento in automatico e sistema di regolazione nel modo turbina segue La pressurizzazione del surriscaldatore secondario e la salita di carico a 110 MW costituiscono la fase pi complessa ed interessante dell avviamento Durante la fase di pressurizzazione avviene la graduale esclusione del circuito di avviamento in funzione dell aumento di carico della tur
89. a aria pci combustibile L pe vari EO combustibile portata vapore D portata aria a CALDAIA pressione ammissione inclinazione bruciatori l portata acqua alimento al temperatura SH D rtat desurrisc portate acaua desuey temperatura RH livello corpo cilindrico ta grandezze manipolabili grandezze regolate Un sistema di regolazione in una unit monoblocco con caldaia a corpo cilindrico costituito dalle seguenti catene di regolazione e carico elettrico pressione del vapore all ammissione portata del combustibile portata dell aria comburente livello del corpo cilindrico temperatura del vapore SH temperatura del vapore RH depressione in camera di combustione solo per caldaie a tiraggio bilanciato Ad ognuna di tali catene sono associati dei selettori posti sul banco manovra sui quali possibile selezionare il funzionamento della catena manuale o automatico prefissare i valori di riferimento 170 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche set point per le grandezze regolate e manovrare gli attuatori finali quando le catene sono in manuale Considerando che la potenza ai morsetti dell alternatore la grandezza principale da regolare si portati a considerare la turbina il componente pilota dell impianto e la caldaia il componente che deve adeguarsi alle sue richieste Tale era infatti il modo detto caldaia segue inizialmente previsto negli impianti anche se era
90. a di acqua in caldaia Non essendovi la possibilit di inserire lo spurgo continuo occorre alimentare la caldaia con acqua di caratteristiche di purezza molto spinte La stabilit di circolazione viene migliorata suddividendo l evaporatore in pi sezioni o passi all uscita dei quali il fluido viene ricondotto all ingresso del passo successivo tramite collettori e miscelatori non irraggiati posti all esterno della camera di combustione L impiego delle caldaie ad attraversamento forzato vantaggioso quando occorre produrre vapore con elevate caratteristiche di pressione e di temperatura inoltre l adozione di tubi vaporizzatori di sezione minore e quindi il loro ridotto peso si traducono in un minor costo 81 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche uscita ECO ai uscita caldaia uscita SH 1 entrata SH 1 acqua alimento Generatore di vapore B amp W tipo UP portata vapore 1050 tih temperatura vapore 538 538 C pressione vapore 178 bar 82 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche In questi tipi di caldaie il mantenimento di una efficace circolazione alle basse portate praticamente irrealizzabile non quindi possibile il funzionamento al di sotto di un certo valore di portata fissato dai costruttori intorno al 33 della portata nominale Qualora siano richieste portate inferiori interviene un apposito circuito esterno alla caldaia detto circuito di avviamento che provvede a mantener
91. a normativa comunitaria limiti globali alle emissioni di SO e NOx dall insieme degli impianti Successivamente il Decreto Interministeriale del 12 luglio 1990 ha stabilito limiti puntuali anche per gli impianti esistenti ampliando le restrizioni ad un centinaio di altre sostanze tali limiti sono entrati in vigore con gradualit in modo da essere applicati a tutto il parco delle centrali termoelettriche entro il 2002 La tabella seguente riporta i valori limite delle emissioni imposti dalla normativa italiana per tutte le taglie di impianti termici esistenti e di nuova costruzione Limiti di emissione mg Nm IMPIANTI NUOVI IMPIANTI SINNI RIF N i AL MWt MWt MWt MWt 35 1700 200 polveri i valori di emissione si riferiscono a una percentuale di ossigeno negli effluenti gassosi del 3 per i combustibili liquidi e gassosi del 6 per il carbone e dell 11 per gli altri combustibili solidi 213 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche 11 2 Riduzione degli ossidi di zolfo Relativamente ai limiti puntuali precedentemente descritti i valori massimi di emissione degli ossidi di zolfo e in particolare dell anidride solforosa comportano due distinte modalit di interventi l Interventi di tipo gestionale Essi consistono in interventi cosiddetti primari cio nell impiego di combustibili con bassissimi tenori di zolfo tenore massimo pari a 0 25 in peso o nell impiego combinato di gas naturale che n
92. a rame acciaio inossidabile e teflon Schema del circuito di raffreddamento statorico con acqua demineralizzata 1 Pompe di circolazione dell acqua 2 Refrigeranti 3 Filtri 4 Purificatore dell acqua con resine a scambio ionico 5 Filtro 6 Presa di emergenza acqua demineralizzata di caldaia 7 Presa acqua di servizio per raffreddamento refrigeranti 8 Regolatore della portata 149 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche Possiamo riassumere i dati relativi alla potenza apparente dei turboalternatori a due poli a seconda del tipo di raffreddamento adottato e per alternatori raffreddati ad aria si raggiungono potenze di circa 300 MVA e per alternatori raffreddati ad idrogeno si raggiungono potenze di circa 1000 MVA e per alternatori raffreddati ad idrogeno nel rotore e ad acqua demineralizzata nello statore le potenze raggiunte arrivano a circa 2000 MVA Air Cooled Generator Hydrogen Cooled Generator Cooling Power Method Range MYA Air Cooled 25 325 450 2000 ear Hydrogen J Water Cooled Generator Plant Usage Single and Multi Shaft Combined Cycle Simple Cycle Steam Single and Multi Shaft Combined Cycle Simple Cycle Steam Single Shaft Combined Cycle Steam 150 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche 7 2 Trasformatori I trasformatori principali elevano la tensione dal valore nominale dell alternatore alla tensione di rete
93. aia serve per l estrazione ed il trasporto della fuliggine che si raccoglie nelle tramogge di caldaia economizzatore Ljungstr m precipitatori La produzione di aria compressa affidata a batterie di compressori centrifughi e alternativi 8 5 Impianto acque reflue Allo scopo di evitare l inquinamento delle acque prodotto dallo scarico di sostanze nocive predisposto un impianto di trattamento attraverso il quale vengono convogliati tutti gli scarichi inquinati o inquinabili All impianto fanno capo pi circuiti separati che raccolgono le acque provenienti dalle varie zone di centrale nelle quali sono presenti agenti inquinanti di diversa origine e per la cui eliminazione sono richiesti interventi diversi e Acque inquinabili da oli vengono raccolte in questo circuito le acque piovane provenienti dalla zona dei serbatoi combustibile bacini di contenimento serbatoi stazione di pompaggio e di travaso combustibile le acque provenienti dalle zone dei bruciatori di caldaia dei trasformatori della turbina del condensatore e da tutte quelle zone e locali dove per la presenza di macchinari in movimento possono verificarsi perdite di olio di lubrificazione Tutte le acque di questo circuito vengono immesse in una vasca di raccolta dalla quale tramite pompe vengono inviate a vasche API per la separazione dell olio serbatoio serbatoio di separaz accumulo oli vasca raccolta oli recupero oli S
94. al circuito dell olio di lubrificazione della turbina l attuazione del comando L impiego di un regolatore elettronico comporta una maggiore libert nell elaborazione dei segnali e rende pi semplice l interconnessione con la regolazione coordinata e con il calcolatore di processo L impiego di un circuito dell olio agli attuatori indipendente da quello di lubrificazione permette di innalzarne i valori di pressione consentendo cos di ottenere un elevata rapidit di risposta nei transitori caratteristica questa particolarmente importante nel controllo di macchine di elevata potenza specifica e quindi con maggior pericolo di sovravelocit Un altra caratteristica fondamentale del sistema di controllo elettroidraulico quella di avere aggiunto al segnale di retroazione della velocit il segnale di retroazione del carico rilevato come pressione del vapore in camera ruota Poich questa pressione direttamente proporzionale alla portata del vapore e quindi al carico generato il sistema di controllo da regolatore della posizione di valvole diventa un regolatore del carico con caratteristica lineare Il sistema ha il grosso vantaggio di avere migliori caratteristiche dinamiche e di non subire quel lento degrado dovuto all usura e all aumento dei giochi dei vari leverismi La regolazione E H di turbina si compone di un sistema idraulico ad alta pressione 105 125 bar costituito da centralina di alimentazione circuiti
95. ale dell olio viene incapsulato in minute goccioline di acqua che ne arrestano la combustione e incendi in locali contenenti apparecchiature sotto tensione non possibile usare mezzi estinguenti come acqua o liquidi schiumogeni che sono conduttori I mezzi estinguenti comunemente usati sono costituiti da anidride carbonica o polvere I mezzi di estinzione possono essere fissi o portatili L impianto antincendio ad acqua in pressione costituito da una serie di serbatoi di adeguata capacit collegati ad una stazione di pompaggio tale stazione dotata di pompe trascinate da motori elettrici per il funzionamento normale e di motopompe per il funzionamento in caso di blackout 8 3 Ciclo acqua servizi Gran parte delle macchine installate in una centrale termoelettrica necessita di una fonte di refrigerazione per asportare il calore prodotto durante il funzionamento il modo pi semplice e conveniente quello di impiegare acqua di raffreddamento in ciclo chiuso a sua volta raffreddata in ciclo aperto da acqua di fiume o di mare L acqua che percorre il ciclo chiuso demineralizzata e condizionata con additivi onde evitare per quanto possibile incrostazioni e corrosioni I refrigeranti sono del tipo a testa flottante per permettere la libera dilatazione del fascio tubiero e sono disposti ad asse orizzontale con l entrata di raffreddamento dall alto e scarico dal basso Le pompe in servizio normalmente sono due con por
96. ali La chiusura frontale realizzata mediante due scudi smontabili nei quali trovano posto i cuscinetti Il nucleo magnetico di statore sostenuto dai tiranti chiavetta che sono saldati direttamente sulle centine della carcassa Esso formato da settori di lamierino magnetico di acciaio al silicio a basso fattore di perdita verniciato su entrambi i lati con vernice isolante I settori vengono sovrapposti in modo da ottenere una struttura cilindrica sulla quale viene esercitata una pressione da flange pressa pacco serrate da bulloni posti sulle estremit filettate dei tiranti chiavetta Tra le flange e i lamierini di estremit sono interposti dei distanziatori radiali esterni dita pressa pacco in acciaio amagnetico che hanno lo scopo di estendere la pressione anche sui denti dei lamierini Il pacco suddiviso in pacchetti elementari con l interposizione di distanziatori radiali interni allo scopo di consentire il passaggio del fluido di raffreddamento 143 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche L avvolgimento statorico composto da spire di conduttori elementari costituiti da piattine a spigoli arrotondati di rame trafilato e ricotto Le piattine sono assiemate in bobine all interno delle quali sono ricavati canali di ventilazione per il passaggio del fluido refrigerante Le singole bobine vengono preparate in due met i cui capi verranno uniti mediante saldatura in sede di montaggio Il loro isolamento ve
97. altezza della ciminiera Come gi detto la dispersione del pennacchio grandemente influenzata dal gradiente termico esistente negli strati bassi dell atmosfera Con gradiente negativo verso l alto adiabatico e superadiabatico viene favorito l innalzamento del pennacchio per contro l atmosfera diviene instabile ed il pennacchio soggetto a sbandamenti in senso verticale Con gradiente nullo o positivo verso l alto fenomeno dell inversione l innalzamento del pennacchio viene contrastato per contro la presenza di aria pi fredda in basso impedisce il ritorno dei fumi verso terra ed il pennacchio assume un andamento filante Sovente il gradiente termico subisce un inversione in quota passando da positivo a negativo Alla quota di inversione si crea uno strato stabile che funge da barriera al passaggio dei fumi che cos intrappolati si addensano e si diffondono verso il suolo E questa l origine della cappa di fumi che si nota sopra le citt e le zone industriali Se invece il pennacchio riesce a bucare lo strato stabile i fumi si diffondono verso l alto raggiungendo un grado di diluizione molto elevato Altezza delle zone di inversione e formazione degli strati stabili sono oggetto di continua osservazione e studio Ai fini pratici importante fare delle previsioni sulle condizioni di stabilit dell atmosfera All uopo molto utile la classificazione del grado di turbolenza dell aria effettuata in funzio
98. amente la velocit del nastro Il carbone dall alimentatore perviene al mulino dove viene macinato e contemporaneamente entrando in contatto con una corrente di aria calda proveniente dai ventilatori dell aria primaria viene essiccato e trascinato allo stato di polvere fino ai bruciatori della caldaia Analisi media del carbone bruciato in una centrale termoelettrica Umidit totale Ceneri Materie volatili Carbonio fisso Zolfo Carbonio Idrogeno Ossigeno e azoto Pezzature al mulino Macinabilit Hardgrove Temperatura rammollimento ceneri Potere calorifico superiore sul secco Potere calorifico inferiore sul secco Potere calorifico inferiore sul tal quale 42 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche L aria primaria prelevata a valle del preriscaldatore d aria la sua temperatura viene regolata sui 65 85 C e deve essere tanto pi bassa quanto pi elevato il contenuto in materie volatili del carbone al fine di evitare il pericolo dell autocombustione Il controllo della temperatura dell aria primaria automatico e viene ottenuto temperando l aria prelevata a valle del preriscaldatore con aria fredda prelevata direttamente sulla mandata del ventilatore principale Il sistema Babcock amp Wilcox B amp W prevede un ventilatore aria primaria che spinge l aria temperata nel mulino che a sua volta essicca e trasporta il polverino dal mulino ai bruciatori Il sistema Combustion Engineering C
99. amite un tubo centrale e assume un moto fortemente rotatorio all ingresso dell emulsore dove si miscela con il fluido ausiliario che vi giunge attraversando il tubo esterno Nell emulsore si ha quindi la miscelazione tra i due fluidi che fuoriescono insieme dai fori dell ugello distributore In funzione della posizione assunta in camera di combustione i bruciatori si hanno due tipologie principali e bruciatori frontali e bruciatori tangenziali SI Capitolo 3 Le centrali termoelettriche I bruciatori frontali sono collocati sulla parete anteriore della caldaia a circa 1 3 della sua altezza e sono disposti su un certo numero di piani orizzontali Nelle caldaie di grande potenzialit vengono installati anche sulla parete posteriore Questa disposizione viene normalmente adottata nelle caldaie di costruzione Babcock amp Wilcox anello di gola impulsore rivelatore di fiamma ugelli gas piastrina I Y A complesso torcia atomizzatore nafta arrivo gas pale del registro Cella di bruciatori frontali per funzionamento con olio combustibile e gas naturale 52 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche I bruciatori tangenziali adottati nelle caldaie di costruzione Combustion Engineering sono collocati a diverse altezze in corrispondenza degli angoli della camera di combustione e danno luogo ad un tipo di fiamma a forma di vortice ciclone che favorisce la misce
100. anche autobotti e ferrocisterne e metanodotti Nella tabella seguente sono riportati la produzione lorda per tipo di combustibile e il consumo dei vari tipi di combustibili utilizzati nelle centrali termoelettriche italiane negli anni 2002 e 2003 Utilizzo dei combustibili per la produzione termoelettrica italiana 2003 2002 Produzione Consumo Produzione Consumo lorda combustibile lorda combustibile Combustibili solidi 38 813 3 14 252 10 t 34 447 GWh 13 088 10 t carbone nazionale carbone estero lignite Gas naturale 117 301 0 25 534 10 m 99 414 GWh 22 362 10 m Gas derivati 5 303 6 10 479 10 m 5 021 GWh 10 034 10 m gas da acciaieria a ossigeno gas d altoforno gas di cokeria Prodotti petroliferi 65 771 0 14 993 10 t 76 997 GWh 17 694 10 t distillati leggeri gasolio olio combustibile gas residui di raffineria coke di petrolio orimulsion 4 Altri combustibili 14 707 1 GWh 12 588 10 m 13 421 GWh 769 10 m gas residui di processi chimici catrame 857 10 t 10 686 10 t calore di recupero da pirite altri combustibili Totale 241 896 GWh 230 300 GWh n L orimulsion un emulsione acquosa di bitume estratto dai vasti giacimenti dell Orinoco in Venezuela Il contenuto di acqua pari al 30 permette di abbassarne la viscosit L emulsione additivata con magnesio per evitare la decantazione durante lo stoccaggio e per proteggere i
101. anno andamento analogo a quello del diagramma p v e la fase di trasformazione dell acqua in vapore pure rappresentata da un segmento orizzontale tra le due curve limite trasformazione isobarica e isotermica le curve a titolo costante tagliano questi segmenti orizzontali in parti proporzionali al titolo 4 L unit di misura della pressione nel Sistema Internazionale il Pascal Nella pratica si usano anche altre unit di misura e atmosfera atm 10 33 m H O 1 0133 10 Pa 760 mm Hg e il kg cm 1 kg cm 10 m H 0 0 98 10 Pa 0 987 atm Capitolo 3 Le centrali termoelettriche d 7 0 Uni 0 3 osf 50 30 10 9 iL sie titolo vapore pressione MPa lt volume specifico m3 kg m Ran l re _ A a ili 0 DI fp La aN s AAEN p e ira le I ma x 0 4 x 0 5 x 0 7 x 0 8 x 0 9 50 C 8 0 9 0 Entropia kJikg K Diagramma entropico Capitolo 3 Le centrali termoelettriche Nel diagramma di Mollier sono tracciate la curva limite superiore luogo rappresentativo degli stati del vapore saturo secco le linee a pressione e temperatura costante e le linee a titolo costante nel campo del vapore saturo al di sotto della curva limite superiore le linee a pressione costante e le linee a temperatura costante nel campo del vapore surriscaldato al di sopra della curva limite superiore Le trasformazioni adiabatiche sono rappresentate da segmenti di
102. ansione Occorre quindi che il fluido subisca trasformazioni la cui rappresentazione dia luogo a una linea chiusa detta ciclo l area racchiusa da questa linea chiusa rappresenta nel diagramma T s il lavoro utile effettuato Per il funzionamento di un motore termico occorre che il fluido in ossequio al secondo principio della termodinamica descriva un ciclo ricevendo calore da una sorgente ad alta temperatura e cedendo calore a una sorgente a temperatura inferiore Com noto il ciclo che fra due temperature assegnate realizza il pi elevato rendimento nella trasformazione di calore in lavoro meccanico il ciclo di Carnot Tale ciclo costituito da due isoterme e da due adiabatiche il suo rendimento tanto pi elevato quanto pi grande il rapporto fra le due temperature estreme Il ciclo di Carnot nel diagramma entropico infatti rappresentato da un rettangolo ABCD L area aBCd rappresenta la quantit di calore Q fornita al fluido dalla sorgente a temperatura T l area aADd rappresenta la quantit di calore Q ceduta dal fluido alla sorgente a temperatura T3 l area ABCD rappresenta il lavoro utile ottenuto Il rendimento del ciclo dunque n Q72 area ABCD _ IT As TT _ _D O area aBCd T As T T Il teorema di Carnot asserisce Assegnate le temperature di due sorgenti esiste un valore limite superiore del rendimento che si raggiungerebbe nel caso ideale in cui la trasformazione
103. ante con potenza P per N ore O i a C R P 0 3 k P N P N N V cos L andamento del costo in funzione di N decrescente con legge iperbolica e sar tanto minore quanto maggiore la tensione di esercizio V Il costo del trasporto del combustibile assai variabile a seconda che venga effettuato con mezzi continui oleodotti metanodotti o discontinui navi autobotti ferrovia Nel primo caso prevalgono i costi afferenti le spese di primo impianto interessi e ammortamento di fronte ai quali il costo di esercizio energia spesa per il riscaldamento e il pompaggio molto minore in genere i costi di trasporto sono inglobati nel costo di fornitura dalla raffineria Nel secondo caso il costo proporzionale alla quantit trasportata e dipende dalla distanza dal luogo di fornitura e dal mezzo di trasporto impiegato 31 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche 2 1 4 Scelta del combustibile In Italia le centrali ubicate in zone costiere sono possibilmente predisposte per il funzionamento a carbone Sono state realizzate a bocca di miniera in Toscana Umbria Basilicata Sardegna le centrali che bruciavano il combustibile solido estratto Tali miniere sono per lo pi esaurite e le centrali sono alimentate con combustibile importato Le centrali ubicate all interno sono in genere costruite per il funzionamento sia con olio combustibile che con gas naturale trasportati rispettivamente con oleodotti ma
104. anti di desolforazione dei fumi FGD Essi sono veri e propri impianti chimici in grado di trattare i fumi con reagenti che permettono di estrarre i composti solforati facendoli passare nei prodotti di risulta e limitandone quindi l emissione al camino I processi di desolforazione principali sono gt Processi ad umido wet scrubbers il reagente generalmente calcare ma in alternativa calce sodio magnesio ammoniaca o acqua di mare a seconda della tecnologia specifica portato a contatto dei fumi in soluzione acquosa L assorbimento della SO porta alla formazione di solfiti sotto forma di fanghi che possono alternativamente venire posti a discarica oppure essere ossidati a solfati per la produzione di gesso o altri prodotti commerciabili Gli scrubber ad umido sono la tecnologia di desolforazione pi ampliamente usata nel mondo Sorbenti a base di calcio sodio e ammoniaca vengono iniettati sotto forma di un composto acquoso slurry in una torre appositamente progettata qui reagiscono con la SO presente nei gas grezzi L uso di un sorbente abbondantemente disponibile e poco costoso il calcare la produzione di prodotti di risulta riutilizzabili il gesso l affidabilit e l efficienza raggiunte oltre il 90 sono le caratteristiche principali di questa tecnologia Il principio di funzionamento di un desolforatore a calcare gesso semplice il gas grezzo uscente dal precipitatore elettrostatico passa generalmente attraverso
105. apore che attraversa la zona anulare compresa tra il cilindro interno e quello esterno contribuisce a raffreddare per effetto convettivo il cilindro interno e a limitare la trasmissione di calore per irraggiamento dal cilindro interno a quello esterno La disposizione a doppio cilindro dei corpi AP e MP conferisce alla macchina una caratteristica di elevata flessibilit nelle fasi di avviamento e di variazione di carico in quanto i cilindri non subiscono forti variazioni di temperatura Le controcasse servono a sostenere i diaframmi distributori fissi all interno delle casse e sono centrate mediante apposite chiavette di bloccaggio I singoli elementi costituenti i cilindri sono per liberi di dilatarsi radialmente trasversalmente e longitudinalmente in modo da ottenere una costruzione particolarmente flessibile ed adatta alle variazioni di carico Le superfici della giunzione sono lavorate con estrema precisione e creano una tenuta perfetta che non richiede l interposizione di guarnizioni La costituzione dei cilindri BP dipende essenzialmente dalla quantit di vapore da scaricare essi possono essere a semplice flusso o a doppio flusso Gli involucri a doppio flusso sono costruiti in lamiera d acciaio saldata con cassa interna che porta i diaframmi appoggiata alla fondazione mediante piedi Il vapore ammesso al centro dell involucro e fluisce verso l esterno in entrambe le direzioni in modo che le spinte si compensino vicendev
106. apore d acqua e per l abbattimento del particolato residuo dei cloruri e dei fluoruri presenti Allo scopo di limitare i consumi di acqua industriale nelle centrali costiere il circuito del prescrubber funziona ad acqua di mare e Sistema di assorbimento I fumi provenienti dal prescrubber entrano in una torre di assorbimento dove la SO reagisce con il calcare finemente macinato in sospensione acquosa e dove successivamente avviene l ossidazione forzata dei solfiti a solfato di calcio biidrato Il circuito dell assorbitore reintegrato con acqua industriale allo scopo di limitare la concentrazione di cloruri nel circuito 214 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche stesso I fumi desolforati vengono successivamente avviati tramite un ventilatore allo scambiatore di calore rigenerativo e quindi al camino e Sistema di preparazione del calcare In esso preparata la sospensione acquosa di calcare finemente macinato E costituito da serbatoi di dissoluzione e da sistemi di dosaggio e alimentazione del calcare macinato e Sistema di filtrazione del gesso Ha lo scopo di disidratare la sospensione di gesso prodotta nel fondo dell assorbitore per la successiva commercializzazione del gesso stesso costituito da idrocicloni e filtri e Sistema di trattamento delle acque In esso vengono depurate le acque di lavaggio prima di essere scaricate entro i limiti previsti dalla normativa Nel complesso l impianto di desolfora
107. ariando la portata dell aria comburente tramite le serrande sulla mandata dei VA e la portata del combustibile tramite la valvola di regolazione del combustibile 171 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche Programma carico richiesto Ma misurati PILOTA carico caldaia misura pressione pressione Regolatore pressione selettore di minima combustibile Regolatore port combust valu regol combustibile Regolatore potenza variagiri turbina serrande ventil aria Una particolare regolazione quella del livello del corpo cilindrico essa rappresenta un caso tipico di regolazione a pi elementi e riveste una grande importanza pratica E infatti intollerabile che uno squilibrio fra portata acqua e portata vapore provochi trascinamenti di acqua nel surriscaldatore con conseguenti shock termici oppure un eccessivo abbassamento di livello provochi interruzioni della circolazione d acqua nei tubi bollitori con conseguenti pericolose sovratemperature degli stessi ECO PAA Giunto Il circuito di regolazione pi usato quello a tre elementi comunemente chiamato bilancia acqua vapore Le grandezze in gioco sono appunto tre il livello del corpo cilindrico L la portata del vapore Fy e la portata dell acqua alimento Fa Lo scopo di mantenere in ogni istante uguali tra loro la portata di acqua e quella di vapore creando una correzione in
108. ate a mezzo di programmatori automatici 166 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche 9 Regolazioni Le elevate potenze installate e la complessit delle moderne centrali elettriche hanno richiesto l adozione di sistemi di regolazione automatica che oltre ad assolvere i compiti loro affidati offrissero la maggiore sicurezza di esercizio Un impianto di produzione termoelettrica pu essere suddiviso nei sottosistemi caldaia turbina alternatore ciclo I problemi di regolazione che si presentano attraverso questi sottosistemi riguardano quasi esclusivamente processi di energia Per raggiungere i migliori risultati necessario che i singoli processi attraverso i vari sottosistemi in serie si svolgano secondo una determinata sequenza mantenendo in equilibrio ingresso e uscita alimentazione e carico Il generatore di vapore normalmente dispone delle seguenti regolazioni principali e regolazione della pressione o del carico e regolazione del combustibile e dell aria e regolazione del livello del corpo cilindrico e regolazione della temperatura del vapore SH e regolazione della temperatura del vapore RH e di altre regolazioni dette ausiliarie e regolazione della pressione e della temperatura del combustibile liquido e regolazione della temperatura dell aria ai preriscaldatori Ljungstr m e regolazione del vapore ausiliario Il complesso turbina alternatore dispone delle seguenti regolazioni e regolazione della v
109. atistico Valore guida Media di 24 ore 100 150 ug m Biossido di zolfo Media aritmetica delle medie di 24 ore rilevate nell arco di un 40 60 ug m SO anno aprile marzo Inquinante Indice statistico Valore limite Biossido di azoto 98 percentile delle medie di 1 ora rilevate nell arco di un anno 200 ug m NO gennaio dicembre Inquinante Indice statistico Valore guida 50 percentile delle medie di 1 ora rilevate nell arco di un anno 50 ug m Biossido di azoto gennaio dicembre NO 98 percentile delle medie di 1 ora rilevate nell arco di un anno 135 ug m gennaio dicembre Inquinante Indice statistico Valore limite Media aritmetica delle medie di 24 ore rilevate nell arco di un 150 ug m Particolato totale anno aprile marzo aerodisperso 95 percentile delle medie di 24 ore rilevate nell arco di un 300 ug m anno aprile marzo Inquinante Indice statistico Valore guida Particolato totale Media di 24 ore 100 150 ug m aerodisperso Media aritmetica delle medie di 24 ore rilevate nell arco di un 40 60 ug m metodo dei fumi neri anno aprile marzo 212 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche Negli anni 1984 86 si andata consolidando a livello comunitario una nuova filosofia di contenimento e prevenzione dell inquinamento atmosferico basata non solo sul controllo delle immissioni ma anche delle emissioni ovvero delle concentrazioni degli inquinanti nel punto di
110. ativa a due gruppi e comprende due sbarre di gruppo 1MC 2MC ciascuna alimentata da un raddrizzatore e una batteria di accumulatori A loro volta queste sbarre possono alimentare una sbarra comune GMC BGE 1 380V BGE 2 380V interbloco In funzionamento normale ogni gruppo alimentato dal proprio raddrizzatore la batteria di accumulatori collegata in parallelo ed assorbe una piccola corrente che compensa la sua scarica naturale L alimentazione al raddrizzatore derivata dalle sbarre BGE del gruppo che in caso di disservizio possono ricevere l alimentazione dai gruppi diesel di emergenza 156 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche I raddrizzatori devono fornire una tensione costante al variare della tensione di alimentazione e della corrente assorbita dal carico che essi alimentano dispongono pertanto di una regolazione di tensione molto accurata In caso di avaria previsto un raddrizzatore di riserva non stabilizzato che viene impiegato anche nel caso occorra effettuare una carica a fondo o la manutenzione di una batteria 7 5 Protezioni e blocchi Con il nome di protezioni si comprendono tutte quelle apparecchiature che sono destinate alla salvaguardia del macchinario Esse fanno parte di circuiti che sono realizzati in base a questi criteri fondamentali e in caso di guasti esterni si cerca di mantenere il pi possibile l unit in servizio oppure si provvede a staccarla dalla rete prima che inter
111. ato 233 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche bypass economizzatore iniezione di NH3 distributore di flusso Z _ r f mio o j LXX reattore DeHOx f O ees bypass del reattore preriscaldatore precipitatore elettrostatico aria estrazione ceneri volanti miscelatore NH3 aria NH3 gassosa i DK NH3 Injection Nozzle gt Cleaned Gas atalyst 4 NO 4 NH3 09 SY 4N5 6H20 atalyst NO NO 2 NH3 EYE 29 3H50 234 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche Il progetto di un impianto SCR consiste essenzialmente nella scelta della configurazione impiantistica da adottare e nel calcolo del volume di catalizzatore necessario alla rimozione degli NO Quest ultimo definito sia dalle caratteristiche del gas da trattare composizione e portata sia da altri parametri che determinano le condizioni di processo ottimali I parametri di progetto pi importanti sono Efficienza di conversione degli NO L efficienza di conversione indica la quantit di NOx che viene rimossa dai fumi sotto forma di azoto ovviamente funzione della concentrazione di NO all ingresso e della concentrazione prevista all uscita L efficienza di conversione dipende dal tipo di catalizzatore geometria volume composizione e dalla temperatura per temperature superiori a 380 C per alcuni catalizzatori l efficienza decresce leggermente Tipicamente l efficienza viene fissata i
112. atore trifase dalle sbarre a 6 KV Il trasformatore dotato di un variatore di rapporto e oltre ad abbassare la tensione di alimentazione ha la funzione di isolare il convertitore dal sistema a 6 kV Il funzionamento del convertitore pu essere cos riassunto e lo stadio lato alimentazione raddrizzatore converte la corrente alternata in corrente continua ad un valore che dipende dalla potenza che il motore deve erogare e un induttanza di livellamento o spianamento filtra la corrente in modo da renderla quasi perfettamente costante e lo stadio lato motore inverter riconverte la corrente continua in corrente alternata alla frequenza richiesta dal sistema di controllo della velocit La commutazione della corrente continua di ingresso all inverter viene comandata inviando impulsi secondo un ordine stabilito i relativi tiristori e il filtro di uscita elimina le armoniche di ordine superiore alla fondamentale in modo da alimentare il motore con tensioni e correnti pressoch sinusoidali ed evitare problemi di vibrazioni o surriscaldamenti anormali inoltre rifasa la corrente assorbita dal motore e fornisce l energia reattiva necessaria per la commutazione naturale dei tiristori producendo adeguate tensioni di statore Con la diminuzione di frequenza le tensioni di statore diminuiscono in modo proporzionale e i condensatori dei filtri hanno una minore energia disponibile per la commutazione Cos per soddisfare le esigenze di commut
113. aumento irregolare di ossidi di ferro in caldaia comporta un peggioramento nella trasmissione del calore e successivamente un pericolo di corrosioni poich la magnetite si frattura e la reazione ferro acqua prosegue velocemente Per le caldaie di tipo UP vi inoltre il grave fenomeno dei depositi nelle valvole regolatrici di flusso dei pannelli dei tubi bollitori tali depositi possono provocare aumenti delle perdite di carico e quindi scarsa circolazione e surriscaldamento nei pannelli di caldaia poco alimentati Il ferro in sospensione specie per le caldaie ad attraversamento forzato pu essere trascinato nel vapore e depositarsi successivamente nel surriscaldatore e nella turbina di alta pressione Occorre quindi mantenere con tutti i mezzi a disposizione pH buona conservazione in fermata eliminazione dell ossigeno uso adeguato degli impianti chimici il ferro totale nell acqua alimento ai valori pi bassi possibili i limiti suggeriti sono quelli di 10 e 20 ppb rispettivamente per le caldaie ad attraversamento forzato e quelle a corpo cilindrico In esercizio normale qualora il ferro superi tali limiti occorre inserire il trattamento del condensato prefiltri e letti misti ed eventualmente i Powdex se il ferro proviene dai drenaggi dei riscaldatori di alta pressione In avviamento dopo fermata occorre attendere che il ferro discenda al di sotto di certi limiti 100 ppb per le caldaie UP prima di accendere i bruciatori in questo cas
114. automatico e viene confrontato con un segnale proporzionale alla tensione ai morsetti dell alternatore l eventuale errore viene inviato nel regolatore al quale giungono anche altri segnali correttori costituiti da e un segnale proveniente dal circuito limitatore della corrente di eccitazione ricavato dal confronto della corrente fornita dall eccitatrice con un segnale di riferimento di massima corrente di eccitazione Lo scopo di questo circuito quello di salvaguardare gli avvolgimenti impedendo il superamento del valore massimo della corrente di campo e un segnale correttore compound proporzionale alla corrente e alla tensione di macchina nonch al loro sfasamento La funzione del compound quella di aumentare compound 192 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche positivo o di diminuire compound negativo la tensione alle sbarre dell alternatore al variare della potenza reattiva erogata Il circuito alimentato dai secondari dei trasformatori di tensione e di corrente montati sulle sbarre del generatore e d luogo a una tensione continua proporzionale alla potenza reattiva erogata e un segnale proveniente dal circuito di discriminazione della potenza attiva e reattiva che va a pilotare un limitatore di sottoeccitazione al fine di evitare situazioni di funzionamento pericolose per la stabilit perdita di passo Il segnale in uscita dal regolatore attraverso il commutatore automatico manuale va all a
115. azione trasformatori autotrasformatori e organi di manovra interruttori sezionatori e organi di misura riduttori di tensione TV e riduttori di corrente TA e organi di protezione scaricatori di tensione Gli interruttori sono del tipo ad aria compressa o a esafluoruro di zolfo Le loro caratteristiche sono contraddistinte da e notevole rapidit di movimento dei contatti in chiusura e soprattutto durante la fase di apertura e ottima rigidit dielettrica nello spazio esistente tra i contatti e rapida estinzione dell arco mediante accorgimenti atti a provocarne l allungamento e il frazionamento e a ristabilire prontamente il dielettrico nella zona dell arco 152 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche ugelli di soffiaggio contatto mobile contatto fisso aste di trasmissione elettrovalvole cilindri pneumatici Interruttore ad aria compressa Gli interruttori ad aria compressa sono adottati nelle grandi stazioni elettriche per le notevoli capacit di rottura raggiunte e per la sicurezza del loro impiego In questi interruttori il dielettrico usato per la rottura dell arco in fase di apertura e per l isolamento dei contatti a interruttore aperto costituito dall aria compressa che provvede anche all azionamento dei contatti sia per la chiusura che per l apertura Per interrompere elevate correnti vengono costruite pi camere di rottura con pi coppie di contatti in seri
116. azione con l anidride solforosa avviene nei condotti ed i prodotti della reazione vengono catturati dai filtri a valle Con questo tipo di processo si ottengono efficienze di rimozione superiori all iniezione in caldaia intorno all 80 gt Iniezione ibrida rappresenta una combinazione delle gi viste iniezioni in caldaia e nei condotti allo scopo di ottenere utilizzazioni maggiori del sorbente e efficienze pi elevate I principali trattamenti applicati al processo di iniezione in caldaia sono Iniezione di un secondo sorbente composti di sodio nei condotti Umidificazione in un vessel specifico volto a riattivare la calce rimasta inattiva incrementando i livelli di rimozione fino a valori sopra il 90 Per quanto riguarda invece l uso di reattori dedicati all assorbimento a secco essi vanno sotto il nome di scrubber a letto fluido In tali processi CFB Circulating Fluid Bed Scrubbers il principale reagente la calce idrata Ca OH mentre la risulta composta da una miscela di solfiti e solfati di calcio da porre a discarica 222 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche Il reagente composto da una miscela di calce idrata prodotti di reazione e ceneri volanti introdotto direttamente nel reattore con l aggiunta di acqua onde portare il processo vicino alla temperatura adiabatica di saturazione L assorbitore posizionato a valle dello scambiatore di calore rigenerativo e generalmente a monte dei f
117. azione nel campo 0 50 della tensione nominale inserito un dispositivo ausiliario in grado di eseguire una commutazione forzata alle basse velocit e di scollegarsi quando la commutazione naturale in grado di operare L inverter in grado di controllare la coppia e la frequenza del motore a partire da fermo Questo permette un avviamento graduale del motore alla corrente nominale eliminando tutti i problemi derivanti dalle correnti di spunto come nel caso di avviamento diretto dalla rete La regolazione della velocit realizzata inviando al modulo di controllo un segnale analogico proveniente dal regolatore di processo Il modulo di controllo elabora tale segnale in un microprocessore assicurando il raggiungimento della velocit richiesta con una precisione contenuta nel valore dello scorrimento del motore esso assicura inoltre il raggiungimento delle varie velocit richieste secondo gradienti prestabiliti e programmabili di accelerazione e decelerazione Il rendimento ottenuto con il convertitore a frequenza variabile a differenza di quello ottenuto mediante giunto idraulico si mantiene costante per tutto il campo di variazione della velocit I vantaggi del convertitore sono e risparmio energetico e oneri di installazione ridotti e elevata affidabilit e rapido ripristino in caso di guasto minori perdite per ventilazione e pi bassa corrente di spunto al motore 132 Capitolo 3 Le centrali termoelett
118. azione per cui quando vengono meno le sue peculiari caratteristiche necessaria la sua completa sostituzione mediamente ci avviene ogni 40 000 ore di funzionamento Il sistema dell olio turbina composto da un serbatoio o cassone che per un gruppo da 320 MW contiene circa 30 m di olio dalla pompa principale in corrente alternata e da quella di emergenza in corrente continua che mantengono l olio in pressione e da due refrigeranti ad acqua che asportano il calore acquisito dall olio nella lubrificazione delle superfici striscianti In esercizio o durante la manutenzione programmata di turbina per separare le impurit dell olio si pu ricorrere ad impianti mobili di depurazione dell olio depuratori centrifughi o ad impianti fissi bowser Il bowser installato sotto il cassone dell olio ed costituito da tre scomparti distinti nel primo l olio si libera per decantazione dell acqua e delle impurit presenti nel secondo si depura attraversando i filtri a sacco primari nel terzo completa la sua depurazione con i microfiltri secondari Allo scopo di impedire le sfuggite di vapore attraverso i giochi esistenti tra albero e parte fissa le turbine sono dotate di tenute Le pi usate sono le tenute a labirinto che sono realizzate in modo da creare un percorso tortuoso attraverso il quale il vapore perde gradualmente la sua pressione e quindi l energia necessaria per sfuggire verso l esterno cassa della turb
119. bina alimentata ora attraverso l apertura delle valvole 200 e 201 179 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche 9 3 Regolazioni ausiliarie di caldaia Le regolazioni ausiliarie di caldaia sono le seguenti regolazioni ausiliarie dei sistemi di combustione Riguardano gli impianti di stoccaggio del combustibile liquido regolazione di temperatura dei serbatoi di stoccaggio e regolazione di pressione alla mandata delle pompe di travaso e spinta dell olio combustibile regolazione del combustibile ai bruciatori La regolazione del combustibile liquido ai bruciatori richiede il mantenimento di una temperatura del combustibile tale da permettere un atomizzazione ottimale L atomizzazione pu essere meccanica a spinta diretta o con ritorno o con fluido ausiliario vapore o aria La regolazione di pressione del combustibile si ottiene con una valvola regolatrice ai bruciatori e con una valvola di ricircolo al serbatoio Per quanto riguarda il combustibile solido occorre regolare la portata di aria detta aria primaria che ha il duplice scopo di essiccare il carbone e di convogliare il polverino ai bruciatori I sistemi di adduzione dell aria primaria sono diversi e adottano a seconda dei casi o un esaustore che aspira dal mulino o un ventilatore che soffia aria nel mulino L aria primaria una miscela di aria calda prelevata a valle dei Ljungstr m e di aria fredda aria ambiente La miscelazione viene regolata mediante
120. bina Westinghouse Sulle turbine Westinghouse la prima valvola detta valvola di presa ha il compito di intercettare il flusso di vapore alla turbina in caso di scatto o anomalia di funzionamento ma serve anche per laminare il vapore all avviamento facendo prendere velocit al gruppo mediante una valvola pi piccola ricavata nel tappo della valvola principale In serie vi sono le valvole di regolazione che regolano l ammissione di vapore in funzione della richiesta di carico Sulla riammissione del vapore risurriscaldato sono installate analogamente a quanto visto per il vapore principale due tipi di valvole e valvole di emergenza e valvole di intercettazione per le turbine General Electric e valvole di arresto e valvole di intercettazione per le turbine Westinghouse Solo le valvole di intercettazione hanno compiti di regolazione in condizioni particolari di funzionamento 114 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche FIFIZZIZIZAA ZZA 1 ingresso vapore SH ingresso vapore SH x 44 a valvola di presa b valvola di regolazione c corpo AP d cassa ugelli e spaghetti f spurgo entrata vapore dalle valvole di regolazione attacco entrata vapore cappello cilindro esterno anello di tenuta cappello cilindro interno corpo porta ugelli base cilindro esterno entrata vapore dalle valvole di regolazione Alimentazione cassa ugelli di turbina Tosi Westinghouse 115 Capitolo 3
121. bo di distribuzione elemento filtrante candela FILTRO POWDEX 124 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche 3 condizionamento del condensato L acqua del ciclo deve essere condizionata per attenuare o annullare i fenomeni di corrosione per ossidazione che l acqua stessa provoca venendo a contatto con i metalli del ciclo termico Ci si ottiene creando una passivazione dei metalli ossia la formazione di uno strato di ossidi di ferro sottile ed omogeneo perfettamente aderente alle pareti dei tubi Il primo metodo detto condizionamento AVT All Volatile Treatment prevede l eliminazione dell ossigeno presente nell acqua del ciclo additivando ammoniaca NH3 e idrazina N2H4 In tal modo si ha la formazione in ambiente basico di uno strato di magnetite Fe304 che protegge i tubi in lega di ferro dall aggressione corrosiva Il secondo metodo detto condizionamento CWT Combined Water Treatment prevede la presenza costante di ossigeno nell acqua del ciclo sempre in ambiente basico ottenuta additivando in quantit dosate acqua ossigenata o ossigeno gassoso in modo da ottenere la formazione di ematite e ossidi idrati ferrici passivanti e aventi bassissima solubilit a tutte le temperature Altro metodo il condizionamento a fosfati sodici ottenuti con diversi rapporti tra acido fosforico H3PO4 e soda NaOH Le soluzioni di questi sali presentano un effetto tampone e il pH aumenta all aumentare del rapporto N
122. caldato e D alto flusso termico l temperatura S tubi parete l temperatura uasa k tubi parete moderato l temperatura fluido basso flusso termico vapore saturo umido x x 1 entalpia 65 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche Si nota come a parit di tutte le altre variabili pressione velocit massica diametro dei tubi passando ad elevati flussi termici il punto DNB viene raggiunto a titoli di vapore pi bassi e il picco di temperatura del metallo raggiunge valori pi elevati AI fenomeno i costruttori ovviano adottando nella zona critica materiali di pi elevate caratteristiche e tubi con rigatura elicoidale interna I fumi che risalgono la camera di combustione e possiedono una temperatura molto elevata giungono poi in corrispondenza di quell insieme di tubi che partendo dalla parete posteriore formano una rientranza detta naso che scherma dall irraggiamento i tubi pendenti del surriscaldatore finale e del risurriscaldatore La brusca diminuzione di sezione della camera di combustione provocata dal naso ha anche lo scopo di incrementare la velocit e la turbolenza dei gas favorendo la combustione di eventuali incombusti e migliorando la trasmissione del calore per convezione Dopo il naso i gas entrano nel condotto orizzontale cedendo calore al surriscaldatore di media e di alta temperatura e al risurriscaldatore All uscita del condotto orizzontale i fumi deviano
123. che la somministrazione di calore al fluido non avviene tutta alla temperatura massima secondo una isoterma Il ciclo Rankine ha ovviamente rendimento inferiore a quello di Carnot operante tra le stesse temperature estreme f vapore surriscaldato vapore surriscaldato vapore e liquido liquido vapore e liquido L adiabatica AB rappresenta il pompaggio del condensato con riscaldamento dalla temperatura TA alla temperatura Tg la isobara BC corrisponde al riscaldamento dell acqua in caldaia dalla temperatura Tg alla temperatura Tc di ebollizione la isoterma e isobara CD corrisponde alla vaporizzazione dell acqua la isobara DF corrisponde al surriscaldamento del vapore fino alla temperatura Tr la adiabatica FG corrisponde all espansione del vapore in turbina la isobara e isoterma GA corrisponde alla condensazione del vapore nel condensatore 7 Spesso viste le piccole variazioni di temperatura e di entalpia si pone per semplicit A B Capitolo 3 Le centrali termoelettriche Il diagramma entropico permette una comparazione dei rendimenti dei vari cicli teorici che si possono realizzare rispettivamente con vapore saturo con vapore surriscaldato e con vapore risurriscaldato Quest ultimo il vapore surriscaldato che dopo una prima espansione adiabatica in turbina ritorna in caldaia nel risurriscaldatore per portarsi a una temperatura analoga a quella del surriscaldamento iniziale viene
124. combustibile deve essere evitata la presenza di ossigeno nel circuito di raffreddamento ci si ottiene mantenendo l idrogeno in pressione circa 3 kg cm anche per migliorarne le caratteristiche raffreddanti Naturalmente l involucro della macchina deve essere a tenuta stagna in particolare in corrispondenza delle uscite d albero L alternatore quindi provvisto di un sistema di tenute a labirinto con circolazione d olio Le sedi delle tenute sono fissate agli scudi Le tenute sono costituite da due anelli suddivisi in settori mantenuti assieme tramite molle disposte radialmente Il diametro interno degli anelli di poco maggiore di quello dell albero in modo che l olio immesso in pressione nella scatola che racchiude gli anelli fluisce lungo l albero nelle due direzioni sia verso l esterno lato aria sia verso l interno lato idrogeno dell alternatore I giochi sui due anelli non sono uguali ma studiati in modo tale da permettere un certo flusso d olio lato idrogeno ed uno piccolissimo lato aria La pellicola d olio che si forma nel gioco fra l albero e i due anelli costituisce la tenuta La sovrappressione dell olio rispetto all idrogeno di circa 0 3 kg cm 147 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche L olio che si scarica dalle tenute trascina una certa quantit di aria e di idrogeno con i quali stato a contatto Per evitare che i due gas vengano a mescolarsi e formino una miscela espl
125. con acqua esterna ad esempio acqua di fiume o di mare infiltratasi nel ciclo per perdite nel condensatore L impianto si compone di una batteria di prefiltri costituiti da pannelli rivestiti di materiale filtrante a base di cellulosa solkafloc che hanno il compito di trattenere eventuali particelle trasportate dal condensato seguono i letti misti che contengono resine in grado di trattenere i sali derivanti da rientrate di acqua esterna al condensatore all uscita possono essere installati postfiltri atti a trattenere con finissime reti l eventuale fuga di particelle di resina dei letti misti A monte del degasatore in grado di trattare i drenaggi dei riscaldatori AP vi sono infine 1 filtri a rivestimento precoat detti comunemente filtri Powdex Essi sono costituiti da elementi filtranti a candela su cui depositato uno strato di resina scambiatrice mista cationica ed anionica polverizzata che effettua la filtrazione e lo scambio ionico e che mantenuta aderente alla candela dal passaggio del condensato da filtrare Il condensato passa dall esterno verso l interno delle candele depositando sulla loro superficie il materiale in sospensione Man mano che procede la filtrazione si ha un aumento della perdita di carico ad un certo punto quando il Ap tra monte e valle del filtro supera i 2 2 5 kg cm necessario procedere alla rimozione dello strato filtrante esaurito e al suo ripristino con resina polverizzata nuova tu
126. condotte di scarico all opera di restituzione al fiume o al mare 120 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche 5 2 Torri di raffreddamento Quando la centrale termoelettrica ubicata in localit dove non sono disponibili sufficienti quantit di acqua per la refrigerazione in ciclo aperto si ricorre alle torri di raffreddamento che presentano oltre ad un minore rendimento termico dell impianto maggiori costi di installazione e di esercizio I principali sistemi di raffreddamento in ciclo chiuso adottati utilizzano torri di evaporazione o torri a secco Le torri di evaporazione provvedono al raffreddamento dell acqua condensatrice sfruttando le azioni combinate della cessione di calore per convezione acqua aria e dell evaporazione di una parte dell acqua che satura l aria ambiente e si ricondensa Il tiraggio pu essere naturale o forzato Il sistema a tiraggio naturale comporta costruzioni di dimensioni rilevanti e di elevato costo ma presenta a suo vantaggio l assenza di ventilatori ed apparecchiature elettriche connesse il minore consumo di acqua di integrazione e pi ridotti costi di manutenzione TORRI DI RAFFREDDAMENTO A TIRAGGIO NATURALE iperbolica in cemento armato in acciaio rivestito di alluminio 121 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche Le torri a secco sono essenzialmente costituite da scambiatori di calore ad aria con fasci tubieri alettati all interno dei quali
127. convenienza economica in condizioni nelle quali l impianto risulti privo di entrambi i processi di depurazione dei gas non essendo in caso contrario comparabile con il solo impianto di desolforazione La grande variet e complessit di tali sistemi non consente una classificazione pratica di tali metodi sotto determinate specifiche le principali tecnologie adottate sono Assorbimento rigenerazione solida con uso di sorbenti quali carbone attivo CuO Na S04 NH3 Il sorbente catalizzatore solido assorbe reagisce con SO2 NO x nel gas il sorbente rigenerato per il riutilizzo Sistemi catalitici gas solido con uso di sorbente NH3 Jrradiazione a fascio elettronico EBA prevede l uso di sorbente NH3 Combina l utilizzo di ammoniaca e ionizzazione con fasci elettronici in quanto la prima funge da catalizzatore per gli ossidi di azoto la seconda accelera l ossidazione di SO a SO gassosa Iniezione di alcali che usano sorbenti NaHCO o sali organici di calcio Assorbitori combinati a umido SONO con uso di sorbente calcare solfato di potassio K2S03 calce con magnesio 225 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche E possibile infine tracciare uno schema riassuntivo in grado di evidenziare le peculiarit di ogni singolo processo e di fornire un confronto immediato tra le diverse opzioni possibili Caratteristiche e parametri delle tecnologie FGD pi utilizzate
128. corrosione risultante di tipo galvanico e il ferro pu passare in soluzione secondo la reazione 2 Cu Fe gt Fe 2 Cu In turbina si trovano pure depositi di Cu70 e CuO sulle palette di alta pressione Recenti studi hanno dimostrato che la solubilit del rame e dei suoi ossidi nel vapore apprezzabile e cresce con la pressione in base a questi studi gli ossidi di rame dovrebbero saturarsi nello stadio ad azione della turbina In realt solo una piccola parte cristallizza sugli ugelli e sulle palette ad azione formando depositi duri e resistenti il resto viene trascinato via e pu parzialmente depositarsi nel risurriscaldatore o finire nel condensato I metodi per trattenere il rame sono gli stessi impiegati per il ferro utilizzo dei prefiltri letti misti filtri Powdex Il rame nell acqua alimento dovrebbe essere normalmente assente Silice La silice SiO presente nell acqua alimento sotto due forme a solubile come HySi04 acido ortosilicico solo parzialmente dissociata e quindi non rilevabile ai fini della conducibilit b colloidale come silice idrata S1O2 H20 in aggiunta ad altre sostanze colloidali La silice solubile sia nell acqua di caldaia che nel vapore Essa proviene principalmente dall acqua di integrazione derivando dalla fuga di silice dalla resina anionica dell impianto di demineralizzazione In caldaia la presenza di altri elementi quali il sodio il magnesio l alluminio il ferro
129. costante mantenendo inalterate le zone di condensazione e di sottoraffreddamento In caso di altissimo livello delle condense lo spillamento del vapore viene automaticamente intercettato per evitare che possa verificarsi un ritorno di acqua in turbina In un gruppo da 320 MW 1 riscaldatori AP sono numerati in ordine progressivo crescente con la pressione dello spillamento Essi sono sdoppiati e disposti su duplice fila per evitare di costruire riscaldatori di grandi dimensioni e di notevole spessore E previsto un bypass che consente l esclusione di una o entrambe le linee dei riscaldatori In figura rappresentato il diagramma delle temperature di vapore ed acqua in funzione del calore scambiato lungo il fascio tubiero zona di zona di J ZONA di desurrisc condensaz sottoraffr ingresso vapore aa vapore differenza terminale j___ ___ di temperatura lt temperatura uscita acqua differenza di temper tra drenaggio e acqua ingr riscald calore scambiato lungo il fascio tubiero Effettuando il bilancio di tutti i riscaldatori a partire da quello a pi alta pressione si pu determinare la portata di vapore da spillare per ottenere un prefissato incremento di entalpia dell acqua tra uscita condensatore e ingresso in caldaia 23 Se gli spillamenti sono 7 il riscaldatore RS ricever il 3 spillamento il riscaldatore R6 ricever il 2 spillamento il riscaldatore R7 ricever il 1 spillament
130. damento viene scelta a un valore inferiore a quello ottimo termodinamico mentre quella del secondo risurriscaldamento scelta a un valore leggermente superiore per ridurre la temperatura del vapore all ingresso della turbina di bassa pressione Relative Heat Rate 10 385 40 45 Second Hot Reheat Pressure bar Figures on Curve are First Hot Reheat Pressure bar 12 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche Gli impianti termoelettrici italiani standardizzati dall ENEL hanno taglie di 320 e 660 MW e sono dotati di 7 o 8 spillamenti turbina I valori standard di pressione e temperatura del vapore sono quelli indicati in tabella Potenza Pressione vapore SH Temperatura vapore Temperatura vapore uscita caldaia SH RH 320 MW 178 bar 538 C 538 C 660 MW 258 bar 538 C 538 C L adozione di questi valori standard richiesti dall ENEL ai costruttori stata dettata da molteplici considerazioni coinvolgenti soprattutto l affidabilit e l intercambiabilit dei macchinari 13 550 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche 170 ata 39 ata 538 C 538 C TTT ae ET indi SLILETITTIT II PARI ei HAT w m n 1 HHH P m INTE icrassaRdh TVC a GI 50 INF 300 _ op4sata sorc _ asta a EENE ia f 0 6 0 7 DA e b 250 0 0 2 0 4 0 6 0 8 10 1 2 1A 16 18 2 0 kcal kg C Diagramma entropico del ciclo termodinamico
131. della temperatura del vapore e del metallo della turbina per determinare la combinazione tra la pressione di ammissione e la posizione della valvola di turbina che soddisfi la richiesta del carico con la minima sollecitazione termica 72 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche Dal vaporizzatore si passa nel surriscaldatore che ha lo scopo di innalzare la temperatura del vapore a pressione costante in modo da realizzare un maggiore salto entalpico in turbina Il surriscaldatore costituito da fasci di tubi collegati alle estremit ad appositi collettori dal collettore d entrata il vapore alimenta in parallelo i tubi e li attraversa a forte velocit a vantaggio del coefficiente di trasmissione parete vapore Il surriscaldatore primario o di bassa temperatura in genere collocato nella prima parte del condotto verticale dei gas al di sopra dell economizzatore mentre il surriscaldatore secondario o finale si trova in corrispondenza della parte alta della caldaia al di sopra del naso Nel primo caso il surriscaldatore formato da serpentine orizzontali in controcorrente nel secondo caso formato da serpentine in equicorrente sospese verticalmente sostenute dall alto e ancorate all esterno del cielo di caldaia uscita vapore Surriscaldatore finale Si ricorre talvolta all adozione di un banco di serpentine o di una parete completa di surriscaldatore radiant roof e platen esposta all irraggiamento della came
132. della tensione e della frequenza di alimentazione L avviamento eseguito con rotore in corto circuito e la corrente all avviamento di 5 6 volte la corrente nominale La commutazione dei servizi ausiliari deve essere effettuata sotto carico e pu avvenire in tre modi diversi e con continuit del circuito cio effettuando il parallelo delle due alimentazioni prima di eliminarne una e con interruzione del circuito e senza ritardo intenzionale e con interruzione del circuito e con ritardo intenzionale Nel caso di commutazione senza ritardo pu accadere che la reinserzione avvenga quando la tensione di rete e quella residua sono in opposizione di fase e il modulo della tensione residua non sia ancora notevolmente ridotto E necessario in tal caso prevedere motori ed apparecchiature in grado di sopportare le sollecitazioni termiche e dinamiche dovute alle sovracorrenti che si generano Introducendo invece un ritardo dell ordine di un secondo e mezzo la tensione residua si riduce al 40 circa ed anche in caso di reinserzione in opposizione di fase le sovracorrenti risultano meno intense 8 2 Servizi antincendio In una centrale termoelettrica i servizi antincendio assumono una importanza notevole Essi devono rispondere ai seguenti requisiti e semplicit di realizzazione e di manovra e immediatezza di intervento e efficacia di spegnimento e possibilit di rapida ripresa del servizio Infatti deve essere post
133. dente e riscaldatori AP e BP lato vapore se intercettabili drenati ed essiccati durante la fase di raffreddamento e conservati a secco N Hj ppm NH ppm Flussaggio all avviamento Fermata lt 3 giorni 0 2 0 3 0 3 0 5 s Fermata lt 15 giorni 50 100 Fre TE e Fermata gt 15 gioni 206 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche 10 5 Lavaggi acidi Nell esercizio delle caldaie ad alta pressione e temperatura condizionate con idrazina e ammoniaca la superficie interna delle tubazioni si riveste di uno strato di ossido prevalentemente costituito da magnetite Fe304 Infatti nel campo di temperatura compreso tra 200 250 C e 570 C avviene la seguente reazione 3 Fe 4 H20 Fe304 4 Ho Lo sviluppo di idrogeno si manifesta fino a quando viene raggiunto un determinato equilibrio in funzione della temperatura tra ferro idrogeno e magnetite La formazione di magnetite sul ferro reattivo porta la reazione in assenza di elementi chimico fisici perturbatori ad un equilibrio stabile E quindi essenziale che la superficie interna delle tubazioni durante l esercizio sia ricoperta da uno strato omogeneo ed uniforme di magnetite perch in questo modo si innalza il potenziale di scarica del ferro e si impedisce che questo passi ulteriormente in soluzione La pratica di esercizio delle caldaie ha per dimostrato che molte volte lo strato di magnetite non si forma in maniera omogenea ed uniforme Surriscaldamenti locali difett
134. di azoto termici e da combustibile Le tecniche utilizzate allo scopo vengono chiamate interventi primari di denitrificazione e vanno da quelle che permettono di realizzare una combustione con bassi eccessi d aria modificando le condizioni di funzionamento della combustione in modo da diminuire la concentrazione dell ossigeno nelle zone di fiamma all utilizzo di speciali bruciatori a bassi NO Low NOx burners fino alla modifica della geometria della camera di combustione delle caldaie I bruciatori a bassi NO permettono una riduzione sostanziale delle emissioni il loro effetto quello di diminuire la temperatura di fiamma regolare l afflusso di ossigeno e creare delle zone riducenti all interno della fiamma in modo da contrastare la formazione degli NO La modifica della geometria della camera di combustione che a differenza delle altre tecniche citate difficile da ottenere negli impianti gi installati invece possibile per nuovi progetti e permette di diminuire le temperature nella zona di combustione tramite un opportuno dimensionamento del volume della camera di combustione e quindi dello scambio per irraggiamento con le pareti della stessa E possibile regolare le concentrazioni di ossigeno attraverso tecniche di frazionamento dell aria comburente OFA over fire air ricircolo parziale dei fumi di combustione nelle casse d aria gas mixing e immissione del combustibile per stadi
135. di circolazione pari a 4 per ogni tonnellata di vapore prodotto circolano nel vaporizzatore quattro tonnellate di acqua inoltre la caldaia pu disporre all ingresso di ciascun tubo di parete di un ugello tarato con il quale si impone ad ogni tubo la portata ottimale in relazione al calore assorbito e alla lunghezza del percorso seguito Volendo paragonare questo tipo di caldaia con quello a circolazione naturale notiamo che uno dei vantaggi dell impiego delle pompe di circolazione consiste nel poter ammettere nel circuito vaporizzatore una caduta di pressione e quindi di ridurre il diametro dei tubi per i quali a parit di condizioni di esercizio occorre uno spessore minore La riduzione di materiale che ne deriva si traduce in una riduzione dei costi La circolazione particolarmente attiva assicura una buona uniformit delle temperature nei tubi rendendo possibile la costruzione delle pareti a tubi saldati senza il pericolo che nascano anomale tensioni tra tubi adiacenti La circolazione indipendente dallo svolgimento della combustione ed pertanto assicurata anche durante le fasi di avviamento e di fermata del generatore corpo cilindrico sup tt SH radiante radiant roof Ho OS ECO acqua alimento o EEr ETT t ITITI camera di combustione a O fitto Minii Sr cilindrico inf Circuito acqua vapore di una caldaia a circolazione controllata M WE steam FLESLI
136. di tenuta fra le parti rotanti e le parti fisse per evitare il pi possibile trafilamenti di aria verso la zona attraversata dai gas I preriscaldatori rigenerativi hanno trovato largo impiego per il duplice motivo di realizzare grandi superfici con minimo ingombro e di essere costruiti in sezioni settori e cestelli facilmente estraibili e sostituibili Lamierini visti dall alto Riscaldatore d aria Ljungstr m Nella parte pi fredda dei preriscaldatori d aria si possono raggiungere temperature prossime al punto di rugiada acido in corrispondenza del quale l anidride solforica formatasi per ossidazione di parte dell anidride solforosa prodotta nella combustione si combina con l acqua di condensazione e forma l acido solforico particolarmente dannoso per le corrosioni di cui responsabile Tali condizioni si possono verificare nella zona di uscita gas ingresso aria ove la temperatura del metallo del preriscaldatore data dalla media delle temperature dei due fluidi T T uscita gas ingresso aria mo 2 Durante l esercizio dunque necessario fare in modo che Tm sia superiore al punto di rugiada acido che dipende dal tipo di combustibile impiegato e dall eccesso d aria Per aumentare Tm si potrebbero scaricare i gas a temperature maggiori ma questo significherebbe disperdere del calore all atmosfera a danno del rendimento della caldaia si 62 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche
137. di un gruppo da 320 MW con 8 spillamenti Capitolo 3 Le centrali termoelettriche La rappresentazione del ciclo rigenerativo sul diagramma entropico conserva alle coordinate dei punti della linea di espansione il loro significato fisico mentre ci non vero per i punti del preriscaldamento dell acqua Valgono invece le considerazioni energetiche sulle quantit di calore scambiate e sul rendimento del ciclo Effettuando gli spillamenti lungo i vari stadi della turbina si ha come conseguenza che a parit di potenza generata occorre una maggiore portata di vapore all ammissione e quindi una produzione maggiore da parte della caldaia il cui consumo di combustibile si per ridotto in quanto essa viene alimentata con acqua preriscaldata Per quanto riguarda la turbina gli spillamenti hanno il pregio di ridurre la portata del vapore negli ultimi stadi nei quali si incontrano difficolt nello smaltimento di grandi portate per motivi costruttivi pale di considerevole lunghezza soggette ad elevate forze centrifughe Inoltre la maggior portata negli stadi ad alta pressione consente l adozione di palette rotoriche di maggiori dimensioni e quindi di miglior rendimento In un ciclo senza risurriscaldamento il lavoro utile ottenuto da 1 kg di vapore entrante in turbina e che subisce spillamenti di quantit relativa g pari a L h h g h Ah mentre il calore fornito sar Q h h Yg h h essendo hy entalp
138. diante un opportuno impianto di pretrattamento che provvede alla sua filtrazione e chiarificazione L acqua di pozzo e l acqua industriale non richiedono trattamenti preliminari e possono essere sottoposte direttamente alla demineralizzazione In ogni caso la scelta del trattamento da adottare dipende dalla determinazione del carico salino e delle caratteristiche chimico fisiche Le sostanze presenti nell acqua e che si vogliono eliminare oltre a sabbie fanghi e sospensioni colloidali costituite queste ultime per lo pi da acidi umici e derivati sono sostanze in soluzione dissociate in ioni o allo stato molecolare e prossime a dissociarsi Tali sostanze si distinguono in e organiche ammoniaca nitriti nitrati ecc e inorganiche espresse in forma ionica in cationi e anioni Calcio Ca Magnesio Mg Sodio Na Potassio K cationi Carbonati CO3 Bicarbonati HCO anioni Solfati SO4 Cloruri CT Fosfati POs La somma degli ioni Ca e Mg costituisce la durezza dell acqua I sali di calcio e magnesio in determinate condizioni di temperatura riscontrabili nell esercizio delle caldaie diventano insolubili e si depositano sulle superfici interne dei tubi limitando lo scambio termico e provocandone la rottura per surriscaldamento Agli effetti della durezza non vengono considerati gli ioni sodio e potassio in quanto questi ultimi legati ai rispettivi anioni formano dei sali solubilissi
139. dimensioni e si manifesta con una tipica morfologia caratterizzata dalla comparsa di zone di corrosione perforante a forma di ferro di cavallo con la concavit rivolta verso la direzione del flusso dell acqua e corrosione per aerazione differenziale La corrosione per aerazione differenziale avviene spesso quando la quantit di ossigeno insufficiente per assicurare la passivazione ma ancora significativa per determinare la corrosione e centrarla in alcuni punti La causa pu essere determinata dall ostruzione di un tubo o dall insufficiente circolazione in una zona del condensatore che porta ad avere zone dove l apporto di ossigeno diverso Si creano quindi delle zone catodiche pi aerate e delle zone anodiche meno aerate dove il metallo perde la passivazione e corrosione per azione di schermo hot spot La corrosione per azione di schermo hot spot si verifica quando la presenza di strati e di corpi estranei impedisce il libero trasporto di materia e di calore fra la superficie metallica e la soluzione Esempi caratteristici sono la corrosione nel punto di contatto con le leghe di rame di pietre conchiglie oggetti di plastica che rimangono incastrati nei tubi dei condensatori La scelta dei materiali per la costruzione dei condensatori oggetto di particolari attenzioni da parte dei progettisti viste tutte le problematiche e le implicazioni di natura chimica che ne possono derivare Occorre infatti tener conto che l
140. do gli operatori industriali e i centri di ricerca stanno analizzando tutte le possibili configurazioni impiantistiche con ridotte emissioni di CO ed investigando e valutando le opzioni per la separazione e la cattura impiegando sorbenti liquidi o solidi della CO e successivamente per il suo stoccaggio o riutilizzo In questo contesto si sta affermando nel mondo scientifico un matrimonio per certi versi strano tra carbone e idrogeno essendo quest ultimo riconosciuto il vettore energetico del futuro ed il carbone l elemento attualmente pi sostenibile con cui produrre idrogeno in attesa che esso venga prodotto dalle sole fonti rinnovabili Nella tabella seguente vengono messe a confronto le pi avanzate tecnologie pulite e a basso costo per la produzione di energia elettrica Centrale Centrale Centrale Centrale termoelettrica termoelettrica termoelettrica a ciclo combinato ad olio con caldaia con caldaia combustibile ultrasupercritica a letto fluido Efficienza impianto 57 40 45 40 Investimento medio kW 500 800 1300 1000 Tipo di combustibile Gas naturale Olio STZ Carbone bituminoso Carbone alto tenore 0 1 S 0 6 0 9 S zolfo 3 7 S Costo combustibile 0 20 m 0 20 kg 0 05 kg 0 03 kg Sistemi di abbattimento SCR no si si no selective catalytic reduction FGD no no si no flue gas desulphuration ESP no si si si electro static precipitators Emissioni mg Nm NO 25
141. e centrale collegata a mezzo di condotti circolari con il circuito dell aria Poich i due distributori ruotano in sincronismo perch collegati a mezzo di un asse si ottiene un alternarsi di aria fredda e gas caldi attraverso i singoli settori e quindi un passaggio di calore dai gas all aria Anche in questo tipo di riscaldatore sono predisposti dei sistemi di tenuta tra parti rotanti e parti fisse ed previsto l impiego di materiale ceramico nel lato freddo 63 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche i condotti e le casse aria dei bruciatori che portano l aria comburente nella zona della combustione I condotti di uscita dell aria calda dai preriscaldatori sono collegati tra loro per mezzo di un condotto di equilibrio prima di giungere alle casse d aria dei bruciatori Nelle caldaie B amp W ciascun bruciatore che attraversa le casse aria dispone di aperture di forma anulare provviste di serrande regolabili dette registri dell aria attraverso le quali l aria passa dalle casse alla camera di combustione Nelle caldaie C E l aria che giunge alle casse aria bruciatori viene suddivisa in aria primaria ed aria secondaria tramite una serie di serrande L aria primaria quella che viene immessa intorno alla fiamma l aria secondaria invece quella che viene immessa tra un piano e l altro di bruciatori la camera di combustione che la parte di caldaia in cui l aria si miscela con il combustibi
142. e completamente rivestita schermata da tubi nei quali circola l acqua che si riscalda ed evapora I gas di combustione passano poi nelle zone dove il calore scambiato per convezione incontrando via via le serpentine del surriscaldatore risurriscaldatore ed economizzatore 1 8 In un generatore di vapore ad olio combustibile e gas naturale da 320 MW elettrici le perdite percentuali sono le seguenti e Perdita per fumi secchi 3 5 e Perdita per combustione idrogeno 0 4 e Perdita per incombusti 0 01 e Perdita per irraggiamento 0 2 0 5 Totale perdite 4 6 Ad esempio la perdita di calore nei fumi secchi si determina calcolando il peso dei gas per kg di combustibile Il peso dei fumi secchi derivato dall analisi dei gas combusti e dal carbonio e zolfo bruciati per kg di combustibile non si considera l idrogeno contenuto nel combustibile e il vapor d acqua prodotto dalla combustione di detto idrogeno perch tali parametri intervengono nel calcolo delle relative perdite Risulta quindi e af S S peso fumi secchi 3 CO CO 100 267 160 POSA c t t 100 perdita per fumi secchi peso fumi secchi __ pci 58 L O TS a Cor e N Db V A IA lee F fs H mene all ti it ELPEN ENEE EE So y L gt io Esas Da CLON 4 E ana di I Vania RARE LI Capitolo 3 Le centrali termoelettriche Generatore di
143. e SH e temperature del vapore SH e del vapore RH e percentuale di ossigeno nei fumi eccesso d aria Sono previsti diversi modi di funzionamento del sistema di regolazione e regolazione manuale e caldaia segue BPS boiler pressure system turbina segue BL base load regolazione coordinata DEB direct energy balance controllo del carico da ripartitore DEB oad control avviamento o fermata start up shut down L impiego del funzionamento DEB o regolazione coordinata il pi adatto ed utilizzato mentre i sistemi di regolazione caldaia segue e turbina segue vengono presi in considerazione solo in casi particolari improvvisa perdita di carico disturbi sulle apparecchiature di regolazione perdita di ausiliari runback ecc Il carico impostato risultante dalla somma del carico base e delle variazioni programmate nel funzionamento in coordinata richiesto contemporaneamente alla caldaia e alla turbina attraverso l amplificatore proporzionale BTG boiler turbine governor I componenti del BTG sono calcolatori analogici che stabiliscono il segnale di richiesta supervisionando l esercizio del gruppo Durante le variazioni di carico in aumento necessario dare un surplus di energia alla caldaia per tener conto della maggiore quantit di calore da immagazzinare il contrario succede nelle diminuzioni di carico A tale scopo viene utilizzato un segnale con azione di anticipo sui segnali di domanda
144. e azionati simultaneamente La ripartizione della tensione controllata mediante l inserimento di resistenze o capacit Gli interruttori a esafluoruro di zolfo utilizzano questo gas che ha propriet tali da consentire la costruzione di interruttori ad alto potere di interruzione I principali vantaggi dell esafluoruro di zolfo nei confronti degli altri dielettrici usati consistono in una maggiore rigidit dielettrica nella possibilit di impiego a bassa temperatura nella non infiammabilit inoltre essendo cattivo conduttore del suono l esafluoruro conferisce agli interruttori una maggiore silenziosit 153 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche interruttore chiuso 7 f E DoE ti NI E TEO contatto fisso interruttore aperto Interruttore a esafluoruro di zolfo Nella posizione a l interruttore chiuso sia all interno che all esterno del pistone la pressione dell esafluoruro la stessa All atto dell apertura posizione b l arco si appoggia al contatto rompiarco Se la sua entit modesta esso si estingue grazie all effetto del gas e al soffio provocato dal pistone L effetto autosoffiante del pistone in questo caso molto dolce dato che la corsa dei contatti al momento dell interruzione ancora limitata e la pressione che viene a crearsi modesta Questo fenomeno consente di interrompere le piccole correnti senza strappi e quindi senza prov
145. e caldaie non tollerano il funzionamento in presenza di sia pur minimi inquinamenti dovuti a rientrate di acqua condensatrice e che gli impianti di trattamento del condensato possono far fronte solamente a rientrate di piccola entit e non permettono il funzionamento in presenza di perdite considerevoli 200 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche Per i condensatori raffreddati ad acqua di mare la soluzione attualmente adottata prevede che il fascio tubiero sia in aluminium brass ad eccezione della zona di estrazione degli incondensabili che deve essere di cupronichel 70 30 per far fronte alla corrosione lato vapore di condense ricche di ossigeno e ammoniaca Per condensatori installati in zone in cui l acqua condensatrice presenta un forte inquinamento si prevede l impiego di tubi in titanio nella zona di estrazione degli incondensabili o addirittura in tutto il fascio tubiero Le piastre tubiere normalmente sono di metallo muntz o naval brass Per i condensatori raffreddati con acqua di fiume si sono avuti molti problemi per i tubi in aluminium brass mentre si sono dimostrati ottimi i tubi in acciaio inossidabile dal momento che i costi dei due fasci tubieri sono comparabili anche se il coefficiente di scambio termico inferiore per l acciaio e quindi occorrono pi tubi nei condensatori di pi recente costruzione stato scelto l acciaio inox AISI 304 201 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche 10 3 Impur
146. e d aria Ljungstr m per cui l installazione dei sistemi SCR prevista generalmente a monte dello stesso anche in impianti esistenti Il processo SCR non porta alla formazione di alcun prodotto da smaltire l ammoniaca che non ha reagito presente nei fumi in poche parti per milione e non comporta alcuna problematica di tipo ambientale 30 I bruciatori a bassa produzione di NO di prima generazione puntavano unicamente su una riduzione dei picchi di temperatura in fiamma per inibire la formazione degli ossidi di azoto atmosferici In seguito la scoperta degli altri cammini di reazione ha spinto alla realizzazione di bruciatori in grado di produrre sia zone riducenti che ossidanti per realizzare all interno delle fiamme situazioni che favoriscano reazioni di riduzione nelle quali il prodotto finale azoto libero in competizione con quelle di formazione dell ossido 228 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche Le scelte operate dall ENEL per l adeguamento degli impianti in funzione alla data di emanazione del limite di legge per gli ossidi di azoto sono state in linea con quanto realizzato nel campo dei processi di denitrificazione dalle pi importanti societ elettriche tedesche e giapponesi che per prime li hanno applicati Nelle sezioni da 320 MW il tenore di NO nei fumi di combustione arrivava per caldaie di vecchia generazione fino a 1400 1500 mg Nm nella combustione a carbone e 800 1000 mg Nm nella co
147. e delle pompe estrazione condensato e untroppo pieno del pozzo caldo e una integrazione al pozzo caldo Il basso livello del degasatore fa aprire la valvola di integrazione dal serbatoio di riserva del condensato mentre l alto livello fa aprire la valvola di mandata del condensato al serbatoio di riserva Il vapore necessario per la degasazione del condensato viene normalmente prelevato dal quarto spillamento in emergenza pu essere prelevato dal collettore del vapore ausiliario attraverso una valvola comandata dal regolatore di pressione Il livello del degasatore viene regolato variando l apertura della valvola posta sulla mandata delle pompe estrazione condensato o variando la portata di integrazione al condensatore dal serbatoio di riserva del condensato 181 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche La regolazione di livello nei riscaldatori resa indispensabile allo scopo di evitare che la condensa ricopra il fascio tubiero impedendo lo scambio di calore tra il vapore di spillamento e l acqua del condensato o dell alimento In genere il livello viene regolato agendo sulla valvola che scarica le condense al riscaldatore adiacente a pressione inferiore turbina 3 spillamento a v al degasatore H XA g 1 spillamento 2 spillamento 1 apre per basso Aptrarisc 5AP e degasatore n al pozzo caldo pompa alimento 6 AP 5AP se all economizz Regolazione di livello dei r
148. e il valore minimo di portata nell interno della caldaia ed a sfiorare la portata eccedente recuperandola in alcuni punti del ciclo termico Caratteristica del circuito di avviamento l inserimento di valvole tra il surriscaldatore primario e quello secondario valvole 200 e 201 e di un serbatoio di espansione flash tank fra il circuito vaporizzatore e il surriscaldatore In tal modo il circuito di avviamento permette il funzionamento del generatore di vapore alla pressione nominale come imposto dalle necessit della circolazione mentre il flash tank fornisce vapore a pressione minore per il rullaggio e la presa del carico minimo di turbina condensatore PAA Circuito di avviamento di caldaia UP Oltre a rendere agevoli gli avviamenti dopo fermata e i riavviamenti dopo scatto il circuito di avviamento consente anche di effettuare prima dell accensione una circolazione preliminare dell acqua di caldaia fino a che non si sia raggiunto il necessario grado di purezza dell acqua alimento 83 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche 3 3 4 Caldaie a circolazione combinata La necessit di ovviare agli inconvenienti derivanti dal circuito di avviamento delle caldaie a circolazione forzata ha sollecitato alcuni progettisti a studiare un tipo di caldaia che pur consentendo il raggiungimento di elevate pressioni di esercizio non richiedesse il vincolo della portata minima del 33 Le caldaie a circolazione combinata
149. e le particelle di polverino le cui dimensioni oltrepassano il valore desiderato Il mulino a rulli e tazze consiste essenzialmente in una tazza macinante sostituibile entro la quale ruotano tre rulli conici sostenuti da un complesso posizionabile che mantiene la superficie dei rulli ad una distanza ben determinata da quella della tazza in funzione della portata di carbone desiderata La pressione per la macinazione viene esercitata da molle regolabili dall esterno Il carbone viene introdotto nella tazza che ruotando gli imprime una forza centrifuga i pezzi di carbone vengono cos portati alla periferia nella zona di macinazione dove sono schiacciati dai rulli successivamente il prodotto ridotto in polvere giunge nella zona anulare di passaggio dell aria calda La finezza del polverino viene regolata da un classificatore L aria primaria entra nella parte bassa del mulino mentre la miscela aria polverino viene aspirata dalla parte alta dello stesso ad opera di un esaustore 43 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche carbone polverizzato ai bruciatori classificatore ingresso carbone regolaz 4 aria f primaria piste o anelli motore superiore motore inferiore olio lubrificazione Mulino ad anelli e sfere Babcock amp Wilcox con due piste rotanti 44 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche ingresso carbone LL tubo di alimentazione D uscita carbone polverizzat
150. e una miscela secca di solfati e solfiti Il fatto che l acqua evapori completamente consente di eliminare le apparecchiature per il trattamento dell acqua di lavaggio mentre sono richiesti efficienti sistemi di controllo e raccolta del particolato quali i precipitatori elettrostatici ed i filtri a manica data la natura polverulenta dei residui L efficienza dei processi a semisecco in uso raggiunge rimozioni oltre il 90 con punte fino al 95 tali sistemi sono particolarmente adatti per impianti di piccola media taglia fino approssimativamente ai 200 MWe con carboni a medio tenore di zolfo Per impianti pi grandi richiesto l uso di assorbitori in parallelo per far fronte alla totalit del gas da depurare slurry di calce y Ka K lt rm Assorbitore spray dry Precipitatore elettrostatico gas grezzo caldo dall ESP i A al camino A K Ventilatore Silo prodotti N Slurry di ricircolo all impianto di stabilizzazione Diagramma di flusso di un assorbitore a semisecco Nell assorbitore di figura il gas penetra nella torre in equicorrente con il latte di calce frazionato in ingresso da un atomizzatore rotativo Dopo la reazione i fumi raggiungono un precipitatore elettrostatico a 4 elementi dove si raccoglie il particolato contenente lo zolfo raccolto parte del prodotto di risulta rinviato al processo il resto raccolto per la messa a discarica 221 Capitolo 3 Le centrali te
151. e variabili nel tempo per cui si deve accortamente scegliere la temperatura di progetto al bulbo umido nei periodi in cui la temperatura effettiva sar maggiore di quella di progetto la torre non riuscir a fornire le prestazioni richieste In sede di progetto la differenza fra la temperatura al bulbo umido e quella dell acqua raffreddata si tiene pari a circa 5 C Analizziamo ad esempio una torre di raffreddamento a umido a tiraggio forzato e flusso d acqua incrociato a quello dell aria Nota la portata Gy e la temperatura t w dell acqua da raffreddare per ricavare la portata d aria Ga ricordando che una parte G di acqua sar evaporata si pu scrivere G C Liw G i G c i law G h h essendo tzw la temperatura dell acqua fredda in uscita dalla torre c il calore specifico dell acqua h2 e h l entalpia dell aria rispettivamente in uscita e in entrata 122 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche 6 Ciclo condensato alimento Il ciclo condensato alimento un insieme di apparecchiature e tubazioni che costituiscono il collegamento tra il condensatore e la caldaia ed assolvono ai seguenti compiti aspirare il condensato dal pozzo caldo del condensatore e pomparlo in caldaia trattare il condensato per eliminare le impurit solide e gassose presenti preriscaldare l acqua da inviare in caldaia caldaia ITC Schema del ciclo acqua vapore PEC pompa estrazione conde
152. el combustibile e perdita di calore per umidit nell aria comburente e perdita di calore per vapore d acqua prodotto dalla combustione dell idrogeno contenuto nel combustibile e perdita di calore per incombusti nei fumi e perdita di calore per irraggiamento verso l esterno Per determinare queste perdite necessario effettuare l analisi elementare del combustibile percentuali in peso di carbonio idrogeno zolfo ossigeno azoto acqua ceneri e potere calorifico inferiore l analisi dei gas combusti percentuali in volume di ossigeno anidride carbonica e ossido di carbonio contenuti nei gas all uscita dei preriscaldatori d aria e misurare la temperatura dell aria sulla mandata dei ventilatori e la temperatura dei gas all uscita dei preriscaldatori d aria Conoscendo tali parametri si determinano tutte le perdite tranne quelle per irraggiamento che vengono ricavate da appositi diagrammi allegati alle norme ASME i diagrammi sono dati in funzione delle pareti schermate con tubi d acqua della produzione nominale oraria di calore della caldaia e della sua produzione effettiva nelle condizioni di prova Le caldaie utilizzate negli impianti moderni per la produzione di energia elettrica sono unicamente quelle che utilizzano l irraggiamento diretto del calore dal focolare ai tubi d acqua e sono capaci di elevate produzioni specifiche di vapore Sono costituite essenzialmente da una grande camera di combustion
153. ella superficie metallica in conseguenza del differente coefficiente di scambio termico del metallo e dell ossido tale aumento di temperatura provoca la fratturazione della pellicola di magnetite ed un pi elevato tasso di reazione 197 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche Il risultato di queste anormali formazioni di ossidi comporta molte volte la rottura dei tubi vaporizzatori essenzialmente originata da due cause 1 infragilimento da idrogeno dovuto agli ioni H che diffondendo in seno al metallo provocano la decarburazione della perlite secondo la reazione FezC 2H 3Fe CH4 Il metallo rimane infragilito e se il processo di decarburazione arriva ai limiti estremi si verifica lo scoppio del tubo senza una deformazione plastica che ne denunci il cedimento 2 corrosione sotto scaglia che ha la medesima origine dell infragilimento da idrogeno ma un processo di corrosione pi localizzato che procede con velocit maggiore Il tubo indebolito si deforma plasticamente nella zona interessata formando un rigonfiamento che precede lo scoppio creep La molteplicit dei fattori che intervengono nei processi di corrosione rende tale fenomeno assai spesso complesso per cui risulta difficile l indagine e l analisi Si possono comunque fissare delle norme pratiche seguendo le quali si possono esercire gli impianti con una certa tranquillit Queste norme sono le seguenti eliminare le tracce di ossigeno e di
154. elocit o del carico generato e regolazione e controllo delle sollecitazioni stress evaluator e regolazione del vapore di tenuta manicotti e regolazione del raffreddamento dell alternatore Il ciclo dispone di e regolazione del livello del condensatore e regolazione del livello del degasatore e regolazione del livello dei riscaldatori di bassa e di alta pressione e regolazione dei vari circuiti ausiliari Sono quindi contemporaneamente presenti diversi circuiti di regolazione ciascuno avente la sua grandezza regolata il suo regolatore e la sua grandezza regolante 167 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche I regolatori impiegati sono i regolatori continui cos detti perch la loro azione correttrice continua nel tempo Per ogni valore della variabile controllata producono un segnale per l attuatore in base alla relazione matematica che ne definisce l azione proporzionale integrale derivativa I regolatori continui sono di tipo analogico cio utilizzano segnali che possono variare con continuit e che possono assumere qualsiasi valore in un intervallo prefissato I regolatori analogici possono controllare solo un anello di regolazione per cui sono detti single loop Per gestire complesse strategie di controllo necessario collegare insieme pi regolatori I primi regolatori appartenevano a questa categoria erano meccanici e trattavano segnali pneumatici al vantaggio di non presentare pericoli di esp
155. engono una leggera sovrapressione lungo tutti i condotti dell aria e dei gas fino alla ciminiera Nel tipo a tiraggio bilanciato la pressione nella caldaia inferiore a quella atmosferica ci dovuto al fatto che i ventilatori spingono esclusivamente l aria nel primo tratto del circuito successivamente prevale l azione aspirante dei ventilatori indotti aspiratori gas che sono sistemati all uscita della caldaia a valle dei preriscaldatori e che mantengono in leggera depressione la camera di combustione 67 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche A favore del sistema pressurizzato ci sono i seguenti vantaggi e minor costo di installazione dei ventilatori l installazione di due ventilatori anche se di potenza maggiore costa meno di quella di quattro due prementi e due aspiranti e minor consumo di energia assorbita dai due ventilatori e soppressione delle rientrate d aria nel circuito dei gas e maggiore semplicit del sistema di regolazione dell aria comburente A sfavore della pressurizzazione vanno per considerati i seguenti fattori e maggiori oneri dovuti alla costruzione stagna di tutto il rivestimento di caldaia e dei condotti gas l insieme deve essere calcolato per resistere ad una sovrapressione interna di circa 600 mmHp0 contro i 180 mmHp0 per le caldaie non pressurizzate e aggiunta di una serie di ventilatori per la tenuta del cielo di caldaia per l aria di raffreddamento e di pulizia dei
156. ento per cui un altro campionatore preleva il dato e lo invia a un circuito di mantenimento che ha la funzione di fornire al processo un segnale continuo per tutto il tempo intercorrente tra un campionamento e l altro che naturalmente ridottissimo campionatore campionatore Processo circuito di mantenimento 169 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche 9 1 Regolazione caldaia a corpo cilindrico In una unit monoblocco il sistema di regolazione deve adeguare la produzione di vapore con caratteristiche di pressione e temperatura ben definite alla richiesta della turbina o del carico elettrico Al variare delle condizioni di carico elettrico varia la portata di vapore inviata in turbina il sistema di regolazione deve intervenire per adeguare a queste nuove esigenze le condizioni di combustione nel generatore di vapore Il comportamento di una regolazione dipende da grandezze atte a controllare il processo grandezze manipolabili e da grandezze che rappresentano il risultato del processo grandezze regolate Tali grandezze sono naturalmente diverse a seconda del tipo di caldaia e di turbina La conoscenza dei legami che esistono tra le variabili manipolabili e le grandezze regolate nelle condizioni di funzionamento a regime e durante i transitori il presupposto essenziale per un accurata progettazione ed esecuzione del sistema di regolazione disturbi temperatura acqua alimento posizione serrande temperatur
157. ette obbliga il vapore a deviare dalla direzione iniziale imposta dal distributore pertanto il vapore esercita sulle palette una spinta diretta secondo la tangente alla circonferenza periferica della girante Trascurando le perdite per attrito la velocit relativa w2 di uscita dalla girante sar uguale a quella d ingresso w e tangente al bordo d uscita delle palette In realt wz yw con y 0 85 0 90 La velocit assoluta di uscita c2 sar data dalla somma vettoriale di w e u C W u e dovr avere direzione assiale per conseguire minime perdite allo scarico Detto a l angolo fra la velocit c di uscita dal distributore e la velocit u di trascinamento tale condizione sar soddisfatta se il coefficiente di velocit periferica kp u c sar uguale a u 1l 1 k gt cos u cC Cosa G 2 2 Il rendimento aumenta al diminuire dell angolo a normalmente si tengono valori di 14 20 cui corrisponde kp 0 47 0 48 In figura rappresentata in sezione verticale e trasversale una turbina ad azione monocellulare ossia costituita da un solo ugello distributore D e da un unica girante G montata su un albero A supportato da due cuscinetti C 94 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche La girante porta sulla sua circonferenza una serie di palette P sagomate in modo opportuno Sia l ugello che la girante sono racchiusi in un involucro chiamato cassa della turbina Il vapore viene alla fine scarica
158. etto d aria o di vapore investendo con violenza fuliggini e ceneri ne provoca il distacco in modo che il flusso dei fumi le trasporti verso gli elettrofiltri I soffiatori sono di diversa tipologia in relazione alla zona in cui devono funzionare quelli sistemati nelle zone a temperature elevate sono del tipo retrattile mentre quelli funzionanti in zone a temperatura pi bassa possono essere del tipo fisso a rotazione La soffiatura si esegue con un soffiatore per volta sia in manuale che in automatico Il soffiatore di tipo retrattile azionato elettricamente da due motorini uno per l avanzamento e uno per la rotazione Il vapore utilizzato proviene dal collettore di uscita del surriscaldatore di media temperatura e viene regolato in pressione L aria compressa invece fornita da compressori centrifughi a pi stadi viene inviata a serbatoi polmone da cui perviene al collettore aria di soffiatura tramite una valvola motorizzata comandata da sala manovra e da qui dopo riduzione di pressione giunge ai soffiatori 180 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche 9 4 Regolazioni ausiliarie del ciclo termico Sono regolazioni ausiliarie del ciclo termico la regolazione del livello del pozzo caldo del condensatore le regolazioni associate al degasatore la regolazione del livello dei riscaldatori La condensa che si raccoglie nel pozzo caldo del condensatore deve essere rimessa in ciclo e riportata in caldaia ad
159. ettori del vapore Gli sviluppi in corso riguardano essenzialmente tre classi di acciai e gli acciai ferritici in grado di operare fino a 620 630 C e gli acciai austenitici per componenti eserc ti tra 650 e 670 C e le leghe di nichel per impieghi oltre 700 C L incremento delle prestazioni naturalmente legato all aumento dei costi Further development of materials Further development of processes and components utilization in steam turbine p e efficiency reheat i aaa e losses vertical tubing Water steam E 3 P91 E 911 NF 12 Ni based NF 616 Ulteriori aumenti di efficienza possono essere ottenuti tramite interventi mirati al contenimento delle perdite di caldaia e di turbina alla riduzione del consumo dei sevizi ausiliari al recupero del calore scaricato all ambiente 27 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche 2 1 3 Sistemazioni impiantistiche Le principali parti costituenti un impianto termoelettrico a vapore di tipo tradizionale sono le seguenti e generatore di vapore macchinario termico ed elettrico condensatore e relative opere idrauliche parco combustibili impianto di demineralizzazione impianto di trattamento delle acque reflue impianto di abbattimento delle emissioni inquinanti stazione elettrica quadri di comando controllo regolazione servizi generali uffici officine magazzini La disposizione generale delle varie parti dell impianto st
160. ettuato solo in caso di mancato trasferimento dei servizi ausiliari Le protezioni che provocano lo scatto della turbina sono e cedimento cuscinetto reggispinta alto At metallo valvole vapore turbina alta temperatura allo scarico vapore al condensatore bassa pressione olio lubrificazione sovravelocit turbina velocit superiore al 110 del nominale basso vuoto al condensatore 159 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche 8 Servizi ausiliari 8 1 Servizi ausiliari elettrici I servizi ausiliari elettrici come gi in parte accennato possono essere classificati in e servizi generali che servono pi gruppi e che tollerano brevi interruzioni Tali sono le pompe travaso nafta le pompe dell impianto di demineralizzazione i servizi luce e forza motrice di centrale e servizi di gruppo che sono indispensabili al funzionamento del gruppo Tali sono ad esempio le pompe alimento i ventilatori aria le pompe estrazione condensato ecc e servizi di emergenza che devono essere assicurati anche con il gruppo staccato dalla rete ad esempio le pompe olio turbina le pompe acqua raffreddamento il viratore ecc e servizi di sicurezza che alimentano i comandi gli automatismi i circuiti di protezione e regolazione Per ottenere l assoluta continuit essi sono alimentati in corrente continua invece i circuiti che richiedono corrente alternata sono alimentati da un sistema di inverter c c c a Ogni sezione generatrice i
161. ezze contenute nei cicli termici L acqua prodotta dall impianto di demineralizzazione acqua pura dalla quale sono stati eliminati sia i gas disciolti sia le sostanze in soluzione e in sospensione tuttavia quando questa si trova a circolare nelle apparecchiature del ciclo termico soggetta ad una serie di trattamenti e di condizionamenti se si vuole mantenerla in condizioni tali da evitare o almeno limitare i fenomeni corrosivi e la formazione di depositi incrostanti nelle varie parti dell impianto Occorre ad esempio mantenere un valore di pH ottimale ad evitare le corrosioni del ferro e o del rame garantire l eliminazione dei gas disciolti assicurare una certa alcalinit del vapore all ammissione utilizzando sostanze NH3 N2Hu che possano ripartirsi in fase vapore senza trascinamenti o sostanze disciolte Per fissare i criteri in base ai quali decidere i trattamenti e i controlli da adottare occorre passare in rassegna le sostanze che possono inquinare l acqua del ciclo e Sali disciolti generici solfati cloruri carbonati Possono provenire da perdite al condensatore oppure da cattivo funzionamento dell impianto di demineralizzazione I sali disciolti nell acqua alimento possono depositarsi in caldaia sotto forma di incrostazioni oppure essere trascinati dal vapore Le incrostazioni si formano quando per il sale disciolto viene superato il limite di solubilit a seguito della concentrazione della soluzione si formano
162. feria una corona di palette ad azione In corrispondenza del passaggio d albero i diaframmi sono provvisti di anelli di tenuta per ridurre al minimo le fughe di vapore Il vapore che giunge alla turbina fraziona la propria espansione da monte a valle nei successivi distributori mentre in ciascuna camera la pressione si mantiene uguale sui due fianchi della girante Perci da monte a valle di ciascun diaframma si ha un salto di pressione seguito nella girante da un salto di velocit A pari salto di pressione la velocit c e quindi la velocit periferica u sono tanto minori quanto maggiore il numero degli stadi 95 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche 4 2 Turbine a reazione Il principio di funzionamento di una turbina a reazione Parson pu essere cos schematizzato il vapore si espande all uscita di un ugello acquistando velocit e per reazione provoca lo spostamento della girante in direzione contraria a quella dell espansione In effetti le turbine a reazione sfruttano due diversi fenomeni il vapore inizia la sua espansione negli ugelli del distributore fisso e la continua nei condotti delimitati dalle palette della girante dove aumenta progressivamente di velocit Ne deriva che la spinta che provoca la rotazione della girante generata non solo ad opera dell energia cinetica posseduta dal vapore ma anche dalla reazione provocata dalla sua espansione nel vano tra una paletta e l altra della girante
163. fferenza media di temperatura tra fumi e fluido La superficie del surriscaldatore di bassa temperatura si ricava dalla formula Wi l Asy h G S SH bt 2 oa Atp Qt coefficiente di trasmissione del calore fumi tubo fluido Atm differenza media di temperatura tra fumi e vapore circolante nel surriscaldatore b t La superficie dell economizzatore si ricava in modo analogo o 30 kcal m h C S h Z h g G EO 30 At he entalpia dell acqua all uscita economizzatore ha entalpia dell acqua alimento all ingresso economizzatore Atm differenza media di temperatura tra fumi e fluido 86 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche temperatura teorica fumi temperatura media camera combustione evaporatore Z SHat RH perdite per irraggiamento perdite fumi al camino calore scambiato Caratteristica di scambio termico di un generatore di vapore temperatura fumi temperatura media di parete temperatura media di parete Andamento delle temperature al passaggio di calore attraverso la parete di un tubo a senza incrostazioni lato interno del tubo b con incrostazioni lato interno del tubo 87 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche Il diametro dei tubi dei generatori di vapore assume orientativamente i seguenti valori tubi bollitori a circolazione naturale D 60 mm tubi bollitori a circolazione controllata D 50 mm tubi bollitori a circolazione forzata D 40 mm surriscaldatori D
164. ffreddamento in Ho Tutte le condizioni di funzionamento devono essere rappresentate da punti che cadono entro le zone delimitate dalle curve Per quanto riguarda il funzionamento in sovraeccitazione erogazione di potenza reattiva induttiva la limitazione dovuta alla corrente statorica e al pericolo di sovrariscaldamenti nello statore Per carichi molto sfasati si raggiunge il limite a causa della corrente rotorica Nel funzionamento in sottoeccitazione erogazione di potenza reattiva capacitiva i pericoli maggiori sono dovuti al notevole addensamento del flusso magnetico alle estremit del rotore con conseguenti surriscaldamenti in questa zona e al pericolo della perdita di sincronismo perdita di passo che provoca forti sollecitazioni sul rotore e sui supporti dell alternatore 146 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche Per limitare le sollecitazioni derivanti dalla forza centrifuga la velocit periferica massima ammissibile nel rotore in condizioni di sovravelocit 125 della velocit nominale di circa 250 m s cui corrisponde un diametro massimo del rotore per macchine a due poli pari a u Dna 327 1 3 metri O Con diametri cos ridotti risulta necessario sviluppare il rotore in lunghezza per poter raggiungere potenze elevate I limiti di lunghezza sono imposti dalla necessit di limitare la freccia elastica del rotore Il rapporto tra lunghezza L e diametro esterno del rotore D prende il nome di rappor
165. fibre esterne tendono a dilatarsi ma sono impedite dalle fibre interne pi fredde Se l avviamento ha un gradiente troppo alto si pu superare il limite di snervamento del materiale provocando a fine manovra una tensione residua nelle fibre esterne Durante un avviamento da caldo la temperatura del metallo pi alta di quella del vapore quindi in una prima fase le fibre esterne del rotore saranno in trazione e le fibre interne in compressione successivamente quando il carico aumenta la temperatura del vapore cresce fino a superare quella del metallo e avviene il ciclo inverso Anche in questo caso se si supera il limite di snervamento del materiale ci si trova in presenza di una deformazione residua A seguito di queste considerazioni sono state installate termocoppie nelle parti principali delle casse in modo da controllare i gradienti di riscaldamento del materiale e non superare un determinato coefficiente di danno in qualsiasi condizione di funzionamento Il sistema di supervisione della turbina comprende anche altri strumenti atti a controllarne il funzionamento e ad intervenire in caso di anomalie che potrebbero danneggiare la macchina In particolare sono oggetto di continuo controllo e l eccentricit dell albero in fase di avviamento e di arresto provocata dalla diversa entit di riscaldamento nelle zone di turbina e l espansione differenziale cio la variazione di lunghezza dell albero rispetto allo sta
166. finora gi illustrato e Processi ad ossidi di magnesio e di sodio raggiungono alte efficienze di rimozione della SO bruciando carboni con medio alto contenuto di zolfo richiedono per la messa a discarica dei prodotti di risulta e Processi a base di ammoniaca adatti a carboni con bassi livelli di zolfo e cloridi raggiungono alte efficienze di rimozione e dove esiste un mercato adatto consentono di abbassare i costi totali attraverso la vendita dei prodotti di risulta La SO assorbita da ammoniaca acquosa d infatti luogo a solfato di ammonio utilizzabile come fertilizzante Gas pulito N Gas grezzo N Acqua NH3 V Neutralizzatore TI Vapore i Cristallizzatore Centrifuga Ossidatore Solfato di ammonio Aria Diagramma di flusso del processo di assorbimento Walther 219 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche Il principale tra i processi a base di ammoniaca il sistema denominato Amasox precedentemente noto come processo Walther in tale processo l iniezione di uno spray di ammoniaca in forma acquosa produce solfito di ammonio ossidato successivamente a solfato La soluzione di sale di ammonio dall assorbitore poi concentrata in un unit di evaporazione Il prodotto finale fertilizzante commerciabile Tale processo stato sperimentato sull impianto ENEL di Sulcis utilizzante carbone con alto contenuto di zolfo nella prima met degli anni 90 Proce
167. fre questi schemi fondamentali torre a vuoto spray tower metodo Bishoff il liquido di slurry introdotto nel vessel vuoto su pi livelli attraverso ugelli atomizzatori che consentono il frazionamento del flusso in particelle minutissime il gas grezzo introdotto dal fondo della torre e con moto ascendente incontra le particelle liquide nella zona superiore della torre dove avviene l assorbimento il gas procede poi verso lo sbocco superiore attraverso il demister mentre le particelle di reazione precipitano nella zona inferiore del vessel dove si raccolgono sotto forma di solfiti di calcio ossidati poi a solfati dal flusso di aria introdotto nella soluzione Il calcare fresco viene reintegrato nella zona inferiore e fatto ricircolare attraverso apposite pompe tramite gli ugelli spruzzatori torre a riempimenti packed tower metodo Mitsubishi la torre di assorbimento incorpora al suo interno delle griglie impacchettate su pi livelli poste trasversalmente alla direzione del flusso del gas Tali componenti hanno lo scopo di consentire un omogenea distribuzione dello slurry lungo la superficie di passaggio della torre onde ottenere una maggiore efficienza di rimozione lo slurry introdotto nella torre non pi da ugelli atomizzatori ma da semplici condotti di distribuzione cadendo per gravit incontra i pacchi di griglie e si distribuisce uniformemente su di essi il gas entrante dalla parte alta della torre in equicorrente con
168. gispinta 3 Tubo pescante scoop 7 Cuscinetto a strisciamento 4 Comando scoop 8 Albero secondario 134 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche 7 riscaldatori di alta pressione Vengono denominati riscaldatori di alta pressione quelli installati fra la mandata delle pompe alimento e l ingresso dell economizzatore Il vapore di spillamento surriscaldato per questo i riscaldatori AP sono dotati di una zona di desurriscaldamento che precede quella di condensazione consentendo cos di accrescere la temperatura dell acqua che fluisce in controcorrente rispetto al vapore anche a valori superiori alla temperatura di saturazione corrispondente alla pressione dello spillamento Opportuni diaframmi permettono di prolungare attorno ai fasci tubieri i percorsi del vapore e delle condense Il sottoraffreddamento effettuato in una sezione del riscaldatore che interessa la prima parte del passaggio dell acqua alimento I drenaggi sono inviati in cascata dal riscaldatore con pressione di spillamento maggiore al riscaldatore immediatamente precedente a pressione inferiore fino al riscaldatore a valle delle pompe alimento Da qui i drenaggi vengono inviati al degasatore o nel ciclo condensato a monte dell impianto di trattamento Lo scarico delle condense avviene tramite una valvola che provvede a regolare il livello delle condense stesse ad un altezza prefissata in tal modo il rendimento del riscaldatore permane ad un valore
169. i combustione risulta pi uniforme sia perch nella zona di ricombustione si producono numerose specie riducenti che attaccano gli ossidi formatisi nelle altre zone riconducendoli ad azoto elementare Infatti e questa un importante differenza con la postcombustione l aliquota maggioritaria del combustibile lavora in condizioni ossidanti mentre solo una piccola frazione di combustibile secondario utilizzata in condizioni che favoriscono la produzione di incombusti Il processo controllato da molti fattori i pi importanti dei quali sono l eccesso d aria e la temperatura della zona principale di combustione la frazione di combustibile secondario la temperatura e il tempo di residenza nella zona riducente n Sezione di misura UGELLI OFA ZONA DI POSTCOMBUSTIONE UGELLI OFA Sezione di misura BRUCIATORI DI ZONA DI REBURNING REBURNING Sezione di misura BRUCIATORI PRINCIPALI PRINCIPALE DI COMBUSTIONE 232 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche C Iniezione di prodotti ammoniacali processo SNCR Nei meccanismi di formazione e di distruzione degli ossidi di azoto assumono particolare importanza i radicali e i composti ammoniacali L attivazione di questi ultimi cammini di reazione l obiettivo del processo che si basa sull iniezione di prodotti ammoniacali ammoniaca o urea in zone ossidanti ad alta temperatura della camera di combustione e che prende il n
170. i ma nel lungo termine possono alterare gli equilibri climatici A livello mondiale questo problema affrontato nell ambito dell Organizzazione delle Nazioni Unite La conferenza intergovernativa di Kyoto del dicembre 1997 ha per la prima volta stabilito come obiettivo per i Paesi firmatari una riduzione delle emissioni globali dei sei principali gas serra entro il 2008 2012 5 3 in media rispetto ai valori del 1990 Questo obiettivo generale viene declinato con valori specifici per singoli Paesi o aggregazioni politiche come l Unione Europea per l Italia il rispetto del Protocollo di Kyoto implica una riduzione delle emissioni di anidride carbonica di almeno il 6 5 L Italia contribuisce per circa il 2 alle emissioni mondiali di CO e presenta valori pro capite ed emissioni per unit di Prodotto Interno Lordo relativamente basse I settori che incidono maggiormente sulle emissioni nazionali di gas serra sono la produzione di energia elettrica da fonte termoelettrica poco meno del 25 e i trasporti poco pi del 20 le emissioni sono quasi totalmente costituite dalla CO derivante dalla combustione Per quanto riguarda il settore elettrico tra i principali strumenti a disposizione per il contenimento delle emissioni di gas serra vi sono le azioni tese al risparmio dei combustibili fossili e miglioramento dell efficienza di produzione e maggiore ricorso alle fonti rinnovabili e riduzione delle perdite sulla rete elettrica
171. i aria e degli aspiratori gas e alla differenza di temperatura tra i fumi e l aria fattori che determinano una sopraelevazione del pennacchio rispetto alla sommit del camino Sulla spinta influiscono inoltre fattori meteorologici e in particolare la velocit del vento alla quota di sbocco Esistono formule di calcolo della sopraelevazione suddetta ad esempio la formula di Bryant e Davidson In particolare nella Valle Padana per la sua situazione morfologica e ambientale si riscontrano normalmente sopraelevazioni del pennacchio multiple di alcune volte l altezza della ciminiera Determinata cos la conformazione del pennacchio all uscita della ciminiera va presa in considerazione la diffusione vera e propria dei gas nell atmosfera circostante anch essa influenzata 1 20 Ah Vr z i4 t Tl d v t ove Ah la sopraelevazione del pennacchio d il diametro del camino vr tf Va ta sono le velocit e le temperature rispettivamente dei fumi e dell aria 66 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche dalla velocit del vento dalla turbolenza dovuta alla presenza di moti verticali e dalla densit dell aria fattori questi ultimi che dipendono dal gradiente termico verticale La distanza a cui il lembo inferiore del pennacchio lambisce il suolo naturalmente funzione della velocit del vento e pu raggiungere per piccole velocit quali si riscontrano in Valle Padana valori anche superiori a 20 volte l
172. i caldaia volume di fuoco Per una variazione di portata d acqua mantenendo costante il volume di fuoco il punto di vaporizzazione si sposta verso il surriscaldatore se la variazione stata in aumento oppure arretra se la variazione stata in diminuzione si ha come conseguenza una diminuzione o un aumento del volume di vapore prodotto in caldaia ed una inversa variazione della pressione del vapore in uscita Per soddisfare alle condizioni di funzionamento richieste dal generatore di vapore ad attraversamento forzato si rende necessaria l inserzione di un sistema di regolazione pi sofisticato che oltre ad assolvere ai compiti richiesti offra la maggior sicurezza di esercizio Le diverse grandezze portata combustibile portata aria portata acqua alimento in fase di messa a punto della regolazione sono prefissate il pi esattamente possibile su quei valori che vengono normalmente richiesti dall unit nelle condizioni di esercizio Gli scarti di questi valori durante le variazioni di carico vengono corretti mediante elementi integrali e derivativi Mentre la potenza della turbina determina il valore assorbito dall utilizzatore la portata di combustibile corrisponde alla produzione di vapore Il controllo dell equilibrio tra produzione e utilizzazione fatto tramite la pressione del vapore Regolando la pressione del vapore per mezzo della portata del combustibile si ottiene un equilibrio continuo Poich la caldaia rispet
173. i causati dal moto del vapore nelle palettature fisse e mobili alle perdite allo scarico ed alle fughe di vapore che si hanno fra stadio e stadio e verso l esterno L espansione fra la pressione di ingresso turbina e quella di scarico al condensatore avviene pertanto con un aumento di entropia e una diminuzione di salto entalpico utile rispetto al teorico Nel diagramma entropico e nel diagramma di Mollier la curva di espansione effettiva si inclina vieppi verso destra soprattutto alle basse pressioni Il rendimento interno o termodinamico dato dal rapporto tra salto entalpico reale e salto entalpico adiabatico si aggira intorno a 0 9 maggiore per le ruote a reazione mentre pi costante al variare del carico per quelle ad azione Le incrostazioni delle palettature dovute generalmente a depositi di silice trascinata dalla caldaia aumentano le perdite per attrito Le perdite per effetto ventilante nell atmosfera di vapore dipendono dalla velocit periferica della girante dalla densit del mezzo dalla lunghezza delle palette e dalla frazione di arco non abbracciata dal distributore infatti quando l arco non abbracciato dal distributore il vapore in esso presente ristagna e al successivo passaggio sotto gli ugelli fissi dovr essere spostato dal vapore effluente La presenza di goccioline d acqua negli stadi finali dell espansione del vapore provoca urti sul dorso delle pale e quindi un azione di frenatura con perdi
174. i con una pompa ed immetterli nel condensato a valle del primo riscaldatore uscita acqua ingresso vapore spillamento regolatore di livello condense scarico condense ingresso acqua drenaggio 125 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche La disposizione dei riscaldatori pu essere orizzontale o verticale I riscaldatori sia di bassa che di alta pressione sono normalmente costituiti da 1 un involucro in lamiera saldata chiuso da un fondo bombato ellittico da un lato e saldato o imbullonato alla piastra tubiera dall altro ingresso vapore uscita acqua spillamento testata i piastra tubiera l fascio tubiero fondo bombato aa livello condense setto divisorio casse d acqua gt scarico condense drenaggio ingresso acqua 2 la testata costituita da un corpo emisferico o cilindrico in lamiera d acciaio in un sol pezzo l interno suddiviso da setti metallici in camere d acqua alle quali fanno capo gli attacchi per le tubazioni di ingresso e di uscita dell acqua da riscaldare 3 la piastra tubiera in acciaio forgiato saldata da un lato alla camera d acqua e dall altro ad un anello in acciaio di forte spessore che porta gli attacchi per l ingresso del vapore e per lo scarico delle condense 4 il fascio tubiero costituito da tubi ad U raccordati alla piastra di testa La resistenza meccanica e la resistenza alle corrosioni sono i fattori determinanti per la scelta del
175. i in soluzione danno luogo alla formazione di acqua Le reazioni possono essere cos schematizzate per le resine cationiche 2 R H Ca HCO R Ca 2 H20 2 CO 2R H MgSO R2Mg H2S04 e per le resine anioniche 2 R OH H2S0 R3S04 H2O Le reazioni avvengono in appositi scambiatori costituiti da un letto di resina di altezza opportuna sul quale viene distribuita a pioggia l acqua da trattare Dopo un certo periodo di funzionamento circa 1000 m di acqua trattata la resina esaurita Per rigenerarla si fa percorrere lo scambiatore in controcorrente da una soluzione di acido cloridrico 0 solforico per le resine cationiche e di soda caustica per le resine anioniche in tal modo vengono ripristinati i gruppi H e OH R Ca 2 HCI 2 R H CaCl R25S04 2 NaOH 2 R OH NaSO Un impianto di demineralizzazione tipico in genere costituito da due linee ciascuna comprendente uno scambiatore con resine cationiche un degasatore del tipo sotto vuoto per rimuovere i gas disciolti nell acqua in particolare anidride carbonica e ossigeno uno scambiatore con resine anioniche ed uno scambiatore finale a letto misto per l ulteriore depurazione dell acqua dagli ioni sfuggiti agli scambiatori precedenti Normalmente una linea in fase di rigenerazione o ferma mentre l altra funziona per produrre l acqua richiesta dall impianto Il passaggio dall una all altra e le operazioni di rigenerazione vengono effettu
176. i interne dei tubi L iniezione di ammoniaca e idrazina per il condizionamento del ciclo effettuata a mezzo di pompe volumetriche i punti di iniezione sono generalmente all uscita dei letti misti dell impianto di trattamento del condensato e all aspirazione delle pompe alimento Nelle tabelle seguenti sono riportati i valori dei parametri chimico fisici adottati per i diversi tipi di generatori di vapore CALDAIE A CORPO CILINDRICO Ingresso ECO in esercizio Alimento Caldaia Vapore normale Conducibilit acida 2 5 Ossigeno O2 5 Ferro Fe 20 Rame Cu 5 Idrazina N2H4 pH lt 8 gt 10 5 Silice SiO2 20 Solidi totali disciolti b 20 2000 Ingresso ECO normale eserc normale avviamento avviamento Conducibilit acida 70 a A A ANI Ossigeno O2 Ferro Fe Rame Cu Idrazina N2H4 pH Silice S10 Solidi totali disciolti Nei periodi di fermata dell impianto in funzione della durata si effettua una conservazione dei cicli condensato alimento e della caldaia aumentando la concentrazione di idrazina in caldaia e quindi la conducibilit totale Le apparecchiature interessate dalla conservazione sono e caldaia e surriscaldatore primario conservati ad umido con sovrastante atmosfera di azoto in leggera pressione per compensare eventuali abbassamenti di livello ed evitare rientrate d aria e cicli di bassa e alta pressione lato acqua conservati ad umido ed eventualmente collegati al circuito prece
177. i primi riscaldatori di bassa pressione in quanto ci si trova nel campo del vapore saturo umido in questi casi i valori entalpici vengono ricavati indirettamente con metodo iterativo intersecando la curva di espansione con le isobare corrispondenti e riverificando i relativi bilanci termici 4 4 Scelta del tipo di turbina Le turbine ad azione a salti di velocit presentano i seguenti vantaggi e possibilit di sfruttare elevati salti entalpici in confronto alle turbine a reazione infatti il salto entalpico elaborato dalle turbine ad azione 2 2 Ah zione gt A i i z ni 2 u 2g 2g k 2g cos a p mentre quello elaborato dalle turbine a reazione _ 4 1 cos a Hi reazione Ah 3 2g cosa e quindi a pari velocit periferica u il salto entalpico della ruota ad azione pi che doppio di quello della ruota a reazione e minori difficolt costruttive a guadagno della leggerezza e della compattezza della macchina dovute alla bassa pressione a valle del distributore e possibilit di parzializzare l ammissione del vapore e elevato rendimento volumetrico dovuto all assenza di fughe tra stadio e stadio Per contro esse presentano un minor rendimento termodinamico Le turbine a reazione hanno i seguenti vantaggi e maggiore regolarit di efflusso del vapore a causa della costruzione semplicemente convergente dei condotti e miglior rendimento al massimo carico poich le perdite pe
178. i statismo dell ordine del 4 6 Il variagiri spostando la caratteristica parallelamente a se stessa comanda in sequenza l apertura delle valvole di regolazione per ottenere il carico desiderato mantenendo sempre la velocit di 3000 giri min e quindi la frequenza di 50 Hz 186 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche Un regolatore di tipo oleodinamico costituito dai seguenti organi essenziali e un regolatore del tipo a girante tachimetrica che modula la pressione dell olio di regolazione in funzione della velocit angolare della turbina e un distributore che amplifica le variazioni di pressione dell olio prodotte da variazioni di velocit per azionare il ricevitore del servomotore e un servomotore costituito da un pistone comandato dal distributore L estremit superiore dell asta del pistone collegata alla valvola di regolazione del vapore alla turbina Con le turbine di pi recente costruzione ha assunto importanza crescente la caratteristica di rapidit di risposta del sistema di controllo A tale scopo stato progettato il sistema di regolazione elettroidraulica E H della turbina per risolvere i principali problemi che i sistemi tradizionali meccanico oleodinamici lasciavano insoluti La caratteristica principale della regolazione elettroidraulica quella di affidare ad un sistema elettronico l elaborazione del segnale di controllo e ad un sistema idraulico ad alta pressione indipendente d
179. ia la temperatura dei fumi non dovrebbe essere inferiore a 130 140 C L acido solforico pu anche essere assorbito iniettando nei fumi ossido di calcio o di magnesio oppure ammoniaca che danno luogo alla formazione dei rispettivi sali che finiscono nelle ceneri U Fra i due poteri calorifici esiste la relazione p c i p c s 600 a 5400 h essendo a e h rispettivamente il contenuto in valore relativo di acqua e di idrogeno nel combustibile espressi in kg per kg di combustibile 40 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche 2 2 1 Combustibili solidi I combustibili solidi carboni normalmente impiegati negli impianti termoelettrici appartengono alla categoria dei litantraci Le principali caratteristiche di un carbone sono il potere calorifico la pezzatura il tenore di umidit e di ceneri la natura delle ceneri il tenore di sostanze volatili Il potere calorifico inferiore sul secco dei litantraci varia da circa 7 000 a 8 000 kcal kg La pezzatura serve a classificare commercialmente i carboni nei seguenti tipi tout venant tal quale come estratto dalla miniera grosso pezzi con dimensioni superiori a 80 mm fine o minuto pezzi grossi come noci polverizzato Il tenore di umidit non deve oltrepassare il 4 5 soprattutto per i carboni polverizzati Il tenore di ceneri varia dal 2 al 10 nei buoni carboni e pu raggiungere il 25 nei cattivi Il punto di fusione delle ceneri deve essere superiore
180. ia del vapore all uscita della caldaia e all ingresso in turbina hs entalpia del vapore allo scarico nel condensatore h entalpia dello spillamento i esimo ha entalpia del condensato all uscita del condensatore ha entalpia del condensato dello spillamento i esimo n numero degli spillamenti Il rendimento del ciclo vale dunque h h MA ie a C zg A h h Y g h h i 1 ed maggiore di quello dell analogo ciclo non rigenerativo perch h gt hx Le stesse considerazioni valgono anche per i cicli con risurriscaldamento 15 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche 1 4 Scelta del tipo di impianto termoelettrico Gli impianti termoelettrici in base al modo di trasformazione del calore in energia elettrica si possono classificare in e impianti con turbine a vapore e impianti con motori Diesel e impianti con turbine a gas Le caratteristiche tecnico economiche essenziali per la scelta del tipo di impianto sono e la potenza da installare il rendimento dell impianto la produzione annua prevista il costo dell investimento le spese di esercizio e di manutenzione la flessibilit d impiego dell impianto il combustibile da utilizzare La potenza unitaria massima raggiunge i 1 300 MW per le sezioni termoelettriche tradizionali i 750 900 MW per i moduli a ciclo combinato con turbine a gas i 30 40 MW per i gruppi Diesel Il rendimento globale della centrale con turbine a
181. iamento del Gestore della Rete 12 Comprensivo dell impianto di desolforazione dei fumi 18 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche Nelle tabelle seguenti sono riportati i dati principali relativi agli impianti termoelettrici italiani Potenza nominale ed efficiente degli impianti termoelettrici italiani al 31 dicembre 2003 Centrali Sezioni Potenza nominale Potenza efficiente Motori primi Generatori lorda netta n n MW MVA MW MW Produttori 524 1115 55 746 3 66 156 8 54 387 5 52 168 3 di cui geotermoelettrici 34 37 862 0 1 008 8 707 0 665 5 Autoproduttori 451 822 4 861 4 6 139 8 4 734 4 4 543 9 totale 975 1923 60 607 7 72 296 6 59 121 9 56 712 2 Autoproduttore la persona fisica o giuridica che produce energia elettrica e la utilizza in misura non inferiore al 70 annuo per uso proprio ovvero per uso delle societ controllate La potenza nominale dei motori primi o dei generatori elettrici di una sezione di una centrale o di un insieme di centrali la somma delle potenze massime in regime continuo secondo le norme ammesse di ciascuna delle macchine considerate di uguale categoria La potenza nominale una potenza lorda La potenza efficiente di una sezione di una centrale o di un insieme di centrali la massima potenza elettrica possibile per una durata di funzionamento sufficientemente lunga per la produzione esclusiva di potenza attiva su
182. ice Nel circuito acqua vapore di caldaia l acqua alimento attraversa prima l economizzatore indi il vaporizzatore e poi i surriscaldatori Il vapore surriscaldato in uscita dal generatore di vapore viene introdotto in turbina nel corpo di alta pressione da cui dopo una prima espansione torna in caldaia nel risurriscaldatore Il vapore risurriscaldato ritorna in turbina per espandersi nei restanti corpi di media e di bassa pressione Viene infine scaricato nel condensatore dove condensa scambiando calore con l acqua condensatrice e accumulandosi nel pozzo caldo 21 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche Un altro circuito fondamentale il circuito aria gas Esso comprende i ventilatori aria i condotti e le casse aria dei bruciatori la camera di combustione della caldaia i condotti dei gas i preriscaldatori d aria i precipitatori elettrostatici la ciminiera fumi al camino generatore di vapore REI precipitatori elettrostatici bruciatori aria dai VA Il circuito dell acqua condensatrice a ciclo aperto con acqua di fiume o di mare comprende l opera di presa con le griglie fisse e rotanti le pompe acqua condensatrice le tubazioni fino all ingresso del condensatore le tubazioni dall uscita del condensatore fino all opera di scarico Nel caso di ciclo chiuso quando non siano disponibili sufficienti quantit d acqua si adottano torri di raffreddamento che provvedono al trasferimento al
183. iche delle macchine Si cerca di ridurre tali perdite migliorando le coibentazioni ottimizzando la combustione con la riduzione dell eccesso d aria e degli incombusti abbassando la temperatura dei gas inviati alla ciminiera preriscaldando l acqua di alimento e l aria comburente Se si esprimono tutte le perdite rapportate al calore posseduto dal combustibile bruciato in caldaia per ottenere un kWh ai morsetti dell alternatore le perdite totali relative A sono la somma di tutte le perdite parziali Il rendimento totale dell impianto sar perci n 1 A 1 A tA tA AA tA tAn A perdite in caldaia Ae perdite nelle tubazioni A perdite al condensatore A perdite nella turbina A perdite nell alternatore A gt energia assorbita dai servizi ausiliari Se si indicano con ne Ne Ni Nt Na Nu i rendimenti delle singole parti d impianto sopra ricordate dalla definizione di rendimento di ogni elemento rapporto fra potenza resa e potenza assorbita si pu scrivere n L A NNE NEN Na Nu k G i z 13 i Nella pratica invece del rendimento si usa il consumo specifico ovvero le calorie spese per produrre un kWh ai morsetti del generatore ue 860 kcal n kWh 13 Consumo specifico lordo il quoziente tra il consumo di calore e l energia elettrica prodotta durante l intervallo di tempo considerato misurata ai morsetti dell alternatore Consumo specifico netto il qu
184. icit d impianto una riduzione del costo della centrale e nessuna interferenza tra i vari gruppi 29 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche La sistemazione dei gruppi pu essere longitudinale o trasversale Nella sistemazione longitudinale viene limitata la larghezza della sala macchine con conseguente alleggerimento delle strutture di copertura del fabbricato per contro viene aumentata notevolmente la lunghezza della sala stessa disposizione longitudinale HI II ih GR Di ala H am B i ovo _ n se ro Ce All min ba Ri Ali WI usi Nine La disposizione trasversale risponde meglio alla simmetria generale dell unit e dei suoi ausiliari e richiede un percorso minore delle tubazioni di collegamento tra la caldaia e la turbina pem ar Leh iii Ae aA sai TRENT Biagi 30 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche Nel caso in cui la centrale termoelettrica sia destinata ad alimentare un determinato carico a s stante stabilimento complesso industriale concentrato ecc fornendo eventualmente anche il vapore necessario l ubicazione dell impianto strettamente vincolata a quella del centro industriale alimentato del quale parte integrante La scelta del sito per le centrali destinate ad alimentare reti di distribuzione di energia elettrica va effettuata in modo da rendere minimo lo sviluppo delle linee di trasporto e le
185. ido sono i seguenti e temperatura della soluzione acida Essa deve essere mantenuta a valori tali da consentire una buona velocit di reazione ma non tanto alta da pregiudicare l efficienza dell inibitore e ferro trivalente E necessario che tutto il ferro disciolto venga complessato in forma solubile L eliminazione del ferro trivalente viene in genere attuata ad opera del bifluoruro d ammonio con formazione di un complesso ferrico fluorurato e circolazione della soluzione acida E necessario che la soluzione acida circoli adeguatamente nelle varie parti della caldaia in modo che il tasso di reazione si mantenga elevato Si devono evitare sedimentazioni n si devono mantenere velocit di circolazione troppo elevate per non compromettere l azione specifica di protezione dell inibitore e tenore di idrogeno E indubbio che un alto tenore di idrogeno specie verso la fine del trattamento denota un inizio di attacco del ferro Il controllo dell idrogeno pu inoltre segnalare l insufficiente azione protettiva dell inibitore e controllo del pH E necessario che il pH della soluzione venga controllato per impedirne un innalzamento che potrebbe comportare la precipitazione di idrato ferrico Dopo il trattamento acido e la conseguente eliminazione della totalit dei depositi la caldaia viene sottoposta ad un trattamento neutralizzante e di prima passivazione al fine di eliminare ogni traccia di acidit conseguente al tra
186. ie zone del generatore nelle seguenti percentuali e circa il 20 dalla tramoggia di fondo caldaia e circa il 2 dalle tramogge di uscita economizzatore e circa il 78 dai precipitatori elettrostatici Il sistema di evacuazione delle ceneri si pu quindi dividere in due parti e evacuazione delle ceneri pesanti e evacuazione delle ceneri leggere Per ceneri pesanti si intendono quelle che precipitano nella tramoggia di fondo delle camera di combustione Le ceneri leggere trasportate dai gas di combustione lungo il percorso fumi parzialmente si depositano sui tubi degli scambiatori surriscaldatore primario e secondario risurriscaldatore economizzatore per cui si rende necessaria la loro rimozione per mezzo di soffiatori proseguendo il loro percorso pervengono ai precipitatori elettrostatici dove vengono captate e raccolte nelle varie tramogge dei condotti gas 239 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche 11 5 Caldaie a letto fluido Un particolare tipo di caldaia quella a letto fluido Si tratta di una tecnologia denominata FBC fluidized bed combustion che si sviluppata soprattutto per contenere le emissioni dei generatori di vapore che utilizzano combustibili di recupero biomasse rifiuti e scarti di lavorazione e di qualit scarsa carboni bituminosi carboni ad alte ceneri oli molto pesanti La combustione avviene a temperature tra i 750 e i 900 C al di sotto quindi dei circa 1400 C a cui gli atomi di a
187. iene sottoposta a shock termici intollerabili mentre un funzionamento continuo al di sotto del valore nominale di temperatura comporta una grave diminuzione del rendimento Il mantenimento della temperatura del vapore al valore imposto prevede di fornire una quantit di calore proporzionale alla quantit di vapore che attraversa il surriscaldatore Per i surriscaldatori ad irraggiamento la caratteristica temperatura carico presenta un andamento tale per cui la temperatura del vapore SH in uscita diminuisce con l aumentare del carico poich diminuisce percentualmente il calore ceduto in camera di combustione in quanto i gas vi permangono minor tempo ed escono pi caldi Per i surriscaldatori a convezione invece la caratteristica temperatura carico presenta un andamento tale per cui la temperatura del vapore SH in uscita tende ad aumentare con il carico In considerazione di queste diverse caratteristiche nelle caldaie la distribuzione delle superfici viene effettuata in modo tale da mantenere un rapporto il pi possibile costante tra il calore ceduto ai surriscaldatori ad irraggiamento nella camera di combustione e quello ceduto ai surriscaldatori a convezione ed ottenere cos una caratteristica con andamento quasi orizzontale della temperatura vapore al variare del carico Le considerazioni fatte per i surriscaldatori valgono anche per i risurriscaldatori essi si diversificano solo in relazione al tipo di materiale e al diametro dei tubi Le so
188. ilit nella circolazione dell acqua nei tubi che essendo in parallelo hanno uguale Ap disponibile tra entrata ed uscita dell evaporatore 71 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche AI fenomeno dell instabilit si ovvia anche inserendo valvole speciali di laminazione all ingresso del vaporizzatore che provocano una caduta di pressione localizzata non dipendente dai fenomeni di scambio termico e di cambiamento di stato del fluido ma solo dalla portata Inoltre per assicurare un corretto ed equilibrato scambio termico nella camera di combustione delle caldaie ad attraversamento forzato viene fissato un limite inferiore di portata pari a circa il 30 della portata massima un adatto circuito di avviamento permette ai carichi inferiori al 30 di ricircolare al condensatore bypassando la turbina la portata eccedente il carico richiesto Appositi miscelatori tramite circuiti di collegamento provvedono infine a distribuire il fluido interno fra i vari pannelli uniformando portate e caratteristiche del fluido Il funzionamento a pressione variabile della caldaia in funzione del carico pu essere adottato per ottimizzare l efficienza termica e limitare gli stress termici in turbina L esercizio a pressione variabile con valvole di ammissione turbina in posizione fissa pu consentire di eliminare le variazioni di temperatura nelle parti metalliche del primo stadio di turbina Fondamentalmente occorre utilizzare la misura
189. iltri per il particolato Calce idrata Separatore a Reattore di ciclone TN Acqua g 7 assorbimento o gt i K A ba Filtro a manica Serbatoio slurry Ps bS 7 Acqua a N di Ricircolo late Precipitatore elettrostatico LL N AN Aria VA NZ SZ Camino i Ceneri Gas grezzo dalla caldaia MY Y Al condotto raccolta ceneri A Diagramma di flusso del processo di assorbimento a secco CFB Il gas entra nel reattore dal fondo e fluisce verticalmente lungo il cilindro di reazione nello stesso tempo dalla base vengono introdotti il materiale ricircolato il reagente fresco e l acqua di umidificazione Il gas parzialmente pulito esce dal reattore verso un separatore a ciclone quindi attraversa un precipitatore elettrostatico dove il particolato viene catturato Le principali reazioni chimiche del processo CFB sono dunque Ca 0H SO CaSO Hx0 4H 0 Ca OH SO 03 H20 CaSO 2H30 Il processo raggiunge efficienze di rimozione del 93 97 con un rapporto Ca S di 1 5 223 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche gt Processi rigenerativi il reagente utilizzato una volta assorbita la SO viene riprocessato per il suo recupero chimicamente o termicamente il prodotto di risulta SO concentrata trasformata in zolfo puro o acido solforico destinabile alla commercializzazione Nei processi di desolforazione rigenerativi il sorbente dunque rigenerato chimicamente o termicamente e ri
190. ina 2 scarico del vapore ingresso del vapore Costruttivamente consistono in anelli riportati in scanalature dell albero che si alternano ad altri anelli riportati sulla parte fissa con giochi ridottissimi Le tenute interne provvedono mediante laminazioni successive del vapore a ridurre la portata delle fughe e sono sistemate in corrispondenza delle palettature fisse e mobili Le tenute esterne mostrate in figura sono di costruzione pi complessa l ambiente esterno ed interno sono separati da gruppi di tenute e la vera tenuta realizzata inviando vapore con pressione di poco superiore a quella atmosferica in un punto a del complesso tenute mentre la camera b in depressione 113 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche All ingresso del vapore principale surriscaldato in turbina vi sono due tipi di valvole con compiti diversi Sulle turbine General Electric la prima valvola detta di emergenza ha il compito di intercettare il flusso di vapore alla turbina in caso di intervento di una protezione scatto o anomalia di funzionamento In serie a questa valvola vi sono le cosiddette valvole parzializzatrici o di regolazione che hanno lo scopo di regolare al valore richiesto la portata del vapore alla camera ugelli della turbina VE valvole parzializzatrici CI BH ga Turbina General Electric valv arresto valv intercettazione 7 RH valv regolazione SH gt valv presa Tur
191. indrica ad asse verticale Il mantello composto da pi virole saldate tra di loro di spessore maggiore per quelle inferiori e minore per quelle superiori Il tetto dei serbatoi pu essere fisso o galleggiante Il tetto fisso usato per serbatoi di capacit sino a 20 000 m Per capacit superiori o per contenere combustibili di categoria A liquidi i cui vapori possono dare luogo a scoppio con punto di infiammabilit inferiore a 21 C si ricorre al tetto galleggiante Il tetto galleggiante evita che fra il combustibile e il coperchio rimangano spazi vuoti che si potrebbero saturare di vapori e di gas contenuti nel combustibile stesso dando luogo a miscele esplosive Le capacit massime normalmente adottate per i serbatoi di centrale sono di 50 000 e 100 000 m I serbatoi sono provvisti normalmente di due sistemi di riscaldamento e riscaldamento del fondo costituito da serpentini alettati o lisci per il mantenimento della nafta pesante ad una determinata temperatura e riscaldamento nella zona di prelievo costituito da riscaldatori a cassonetto o a banana per elevare di circa 20 C la temperatura della nafta prelevata ed assicurarne costantemente la fluidit Il riscaldamento si effettua con vapore saturo prelevato dal collettore del vapore ausiliario il vapore che ha scambiato calore nelle serpentine si condensa e viene scaricato tramite appositi scaricatori di condensa Tutto il parco nafta e i singoli serbat
192. ionale Di norma vengono prescritti due diversi valori uno da impiegare durante le ore di carico elevate ore piene e uno per quelle di basso carico ore vuote Il RAT nell attuare il valore Vis tiene conto di segnali correttori quali ad esempio e un segnale compound proporzionale alla potenza reattiva erogata dal gruppo tale segnale ha lo scopo di compensare parte della caduta di tensione sul trasformatore elevatore e un segnale proveniente dal dispositivo PSS Power System Stabilizer tale segnale che funzione della velocit angolare e o della potenza elettrica del gruppo ha lo scopo di smorzare le oscillazioni elettromeccaniche del rotore causate da fenomeni transitori 191 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche Entrambe le caratteristiche di funzionamento quella del regolatore di velocit nel piano frequenza potenza attiva f P e quella del regolatore di tensione nel piano tensione potenza reattiva V Q sono in prima approssimazione di tipo lineare ed entrambe sono caratterizzate da un determinato grado di statismo che quindi la variazione percentuale riferita al valore nominale della grandezza primaria regolata frequenza f e tensione V necessaria per variare la grandezza secondaria regolata potenza attiva P e potenza reattiva Q da zero al valore massimo possibile Si definisce statismo positivo quello che fa corrispondere a valori minori di frequenza e di tensione potenze erogate maggi
193. ione di pressurizzazione della caldaia risulta normalmente pi lunga perch alimentando la caldaia con acqua relativamente fredda si ha una condensazione del vapore rimasto in caldaia dopo il blocco Normalmente in avviamento di caldaia da caldo la regolazione di pressione del surriscaldatore primario affidata alle valvole 202 mentre la 207 aperta al 10 in queste condizioni a patto di mantenere molto bassa la portata dell alimento si pu tenere in automatico la regolazione della pressione Quando le condizioni chimiche dell acqua avranno raggiunto una conducibilit inferiore a 1 uS cm potranno essere accesi uno o pi bruciatori a gasolio Lentamente verr aumentata la portata di combustibile in modo da aumentare la temperatura del vapore all uscita SH1 con gradiente non superiore a 220 C h sar controllata la temperatura dei fumi all uscita SH che non dovr superare i 560 C poich le serpentine non sono ancora percorse da vapore Raggiunta la temperatura di circa 150 C all uscita del vaporizzatore il set point di pressione all uscita SH1 viene aumentato automaticamente in funzione di tale temperatura La caldaia risulter pressurizzata a 170 ate quando la temperatura del vapore SH1 avr raggiunto il valore di 250 C Il vapore prodotto e l acqua che si separa nel flash tank verranno smaltiti attraverso le valvole del circuito di avviamento di bassa pressione ossia la valvola 220 che regola la pressione e la valvol
194. ione nominale 20 000 V Corrente nominale 10 681 A Frequenza 50 Hz Reattanza sincrona diretta X4 1 713 p u Reattanza transitoria diretta X 4 0 273 p u Reattanza subtransitoria diretta X 0 226 p u Reattanza sincrona in quadratura X 1 694 p u Costante di tempo dell induttore T 4 7 53 s Costante di tempo transitoria T 4 1 052 s Costante di tempo subtransitoria secondo l asse diretto 0 042 s Resistenza di rotore a 75 C 0 13 ohm Resistenza di statore a 75 C 0 0017 ohm Rapporto di corto circuito 0 51 Corrente di eccitazione al traferro Ig7 913 A Corrente di eccitazione a vuoto Igo 1 041 A Corrente di eccitazione a carico nominale Ign 2 755 A Tensione di eccitazione al traferro Ver 118 69 V Tensione di eccitazione a vuoto Vo 135 33 V Tensione di eccitazione a carico nominale Ven 358 15 V 145 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche La potenza nominale raggiungibile da un turboalternatore limitata da fattori meccanici elettromagnetici e termici Le curve limiti curve di capability forniscono per ogni condizione di funzionamento e per diverse pressioni del fluido refrigerante le coppie di potenza attiva e reattiva che si possono richiedere alla macchina senza pericolo di danneggiarla limite di potenza meccanica limite di corrente statorica limite di corrente rotorica limite in sottoeccitazione stabilit Sn iii i i Curve di capability pe 70 MVA Vn 20 kV ra
195. ior parte degli incondensabili Attraverso 1 tubi di raccolta l acqua degasata scende poi nel serbatoio inferiore del degasatore da cui viene convogliata all aspirazione delle pompe alimento 128 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche 6 pompe alimento Le pompe alimento aspirano l acqua dal degasatore e la pompano in caldaia attraverso i riscaldatori di alta pressione esse hanno la funzione di fornire all acqua la pressione necessaria per l esercizio del generatore di vapore Le pompe adottate sono del tipo centrifugo a pi giranti Il calcolo della prevalenza complessiva richiesta si esegue per differenza fra la pressione di mandata e quella di aspirazione 2 2 v V AP Pm Pa Py 6 te FG y hi Ba st Po Y ua 2g 2g Ap prevalenza generata dalla pompa y peso specifico dell acqua alla pressione e temperatura di uscita Y2 peso specifico dell acqua alla pressione e temperatura di entrata Vu velocit nella sezione di uscita Ve velocit nella sezione di entrata hi dislivello fra il punto pi alto della caldaia e il piano di installazione della pompa h dislivello fra il degasatore e il piano di installazione della pompa Py pressione del vapore all ammissione in turbina Po pressione del degasatore Ga perdite di carico nelle tubazioni del vapore Ei perdite di carico in caldaia Ci perdite di carico nei riscaldatori di alta pressione Trascurando la differenza fra i due termini cinetici si pu
196. iscaldatori AP Altre regolazioni ausiliarie sono le seguenti e regolazioni ausiliarie alle pompe alimento ricircolo e acqua alle tenute e regolazioni dell impianto di demineralizzazione che escludono i filtri a resina cationica e anionica esauriti e inseriscono quelli in sosta dopo rigenerazione e regolazione dell acqua alle pompe del vuoto del condensatore e regolazione del vapore agli eiettori per il vuoto al condensatore e regolazioni dell impianto polishing del condensato per la regolazione di portata ai letti misti e per la loro esclusione e successiva rigenerazione quando sono esauriti 182 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche 9 5 Regolazione turbina Le turbine accoppiate agli alternatori a due poli ruotano a una velocit costante imposta dalla frequenza di rete e pari a 3000 giri min In condizioni di funzionamento diverse dalle ordinarie ad esempio nel funzionamento su rete isolata o in caso di apertura dell interruttore di macchina in avaria o in avviamento la turbina non pi mantenuta a velocit costante e pertanto deve disporre di un dispositivo di regolazione In tale regolazione il fattore di disturbo rappresentato dalla variazione di carico la grandezza da regolare la velocit e la grandezza sulla quale si agisce la portata del vapore Il tipo di regolatore pi antico quello a masse rotanti esso costituito sostanzialmente da due masse che per azione della forza ce
197. ito vaporizzatore varia a seconda dei tipi di caldaia e pu essere caratterizzato dalla presenza di grossi collettori corpi cilindrici separatori miscelatori ecc collettore uscita 2 passo 1 passo collettore uscita 3 passo Vaporizzatore di caldaia UP Miscelatori del 1 2 e 3 passo I tubi del vaporizzatore affiancati l uno all altro e uniti da membranature costituiscono le pareti schermi della camera di combustione Tubi membranati 70 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche I tubi sono in genere verticali ma possono anche essere realizzati a spirale per ottenere una omogenea ed equilibrata distribuzione dei flussi termici afferenti ogni singolo tubo nel suo percorso in camera di combustione evitando cos l interposizione di miscelatori intermedi 1 passo La soluzione delle pareti di caldaia a pannelli con membrane saldate ha portato diversi vantaggi e fabbricazione di buona parte dei pannelli con saldature automatizzate e preassiemaggio in officina e abolizione quasi completa di rivestimenti refrattari per alte temperature con esposizione alla fiamma e conseguimento di buone tenute alla pressurizzazione e ottenimento di bassi eccessi d aria Nelle caldaie ad attraversamento forzato UP sono stati adottati per la zona vaporizzante in prossimit dei bruciatori dei tubi rigati internamente a elica ci evita l ebollizione a film e riduce i fenomeni di instab
198. iungimento della temperatura critica passa dallo stato liquido direttamente allo stato di vapore surriscaldato Anche effettuando pi risurriscaldamenti si possono ottenere miglioramenti di rendimento Tutto ci comporta per l adozione di impianti costruttivamente sempre pi complessi con maggiori costi d investimento I progetti per aumentare l efficienza del ciclo Rankine aumentando le pressioni e le temperature del vapore sono stati sviluppati costantemente Le prime unit termoelettriche all inizio del 900 erano costruite per pressioni e temperature del vapore all ingresso in turbina di circa 13 bar e 250 C Poi all aumentare delle potenze anche le pressioni e le temperature aumentarono Intorno al 1950 vi fu un decisivo incremento nelle taglie degli impianti e si pass dai 35 MW fino ai 150 MW Il ciclo adottato fu quello a semplice surriscaldamento con vapore all ammissione turbina inizialmente a 145 bar e 538 C poi a 165 bar e 538 C Negli anni 60 furono installate parecchie unit con queste caratteristiche termodinamiche 165 bar 538 C e risurriscaldamento a 538 C e si pass alla taglia 320 MW L ENEL costru negli anni successivi molti impianti con gruppi da 320 MW che ancora oggi costituiscono l ossatura del parco termoelettrico italiano Nel 1968 entrarono in servizio in Italia le prime due unit ipercritiche di taglia 600 MW con doppio risurriscaldamento 258 bar 540 C 552 C 556 C
199. izzazione eliminazione dell idrazina sostanza chimica da manipolare con cautela riduzione dei tempi di avviamento dell impianto termoelettrico dovuta al pi rapido raggiungimento dei valori di riferimento per i parametri chimici semplificazione degli interventi manutentivi sulle parti in pressione della caldaia che per fermate di una certa durata viene svuotata e conservata a secco migliore stato di conservazione generale del ciclo condensato alimento E noto infatti che in ambiente alcalino riducente per temperature tra 150 C e 200 C la magnetite poco protettiva per l aumentata solubilit rispetto ad altri campi di temperatura In ambiente ossidante invece lo strato protettivo costituito dalla lepidocrocite FeOOH ossido idrato di ferro di colore rosso mattone caratterizzato da elevata stabilit nel campo di temperatura di esercizio del condensato alimento drastica riduzione del tenore di ferro contenuto nel condensato alimento negli spillamenti e nei drenaggi poich in ambiente ossidante il ferro disciolto presente essenzialmente nella forma trivalente che di gran lunga meno solubile della forma bivalente minore tendenza allo sporcamento dei dispositivi a perdita concentrata quali le valvole ripartitrici di flusso nell evaporatore temperature di lavoro pi favorevoli per i tubi di caldaia sottoposti a scambio termico Questa una conseguenza diretta della limitata velocit di accrescimento dell
200. l alternatore mediante l apertura dell interruttore di macchina a diseccitare l alternatore stesso mediante l apertura dell interruttore di campo ad eseguire la commutazione automatica dei servizi ausiliari per assicurare ad essi l alimentazione anche con alternatore fuori servizio Le protezioni che intervengono sul blocco elettrico sono e protezione differenziale terra statore minima eccitazione minima frequenza massima tensione minima impedenza blocco trasformatore di avviamento se questo alimenta i servizi ausiliari del gruppo disservizio impianto di raffreddamento alternatore blocco trasformatore principale intervento Buchholz intervento dispositivo antincendio blocco trasformatori servizi ausiliari blocco sbarre servizi ausiliari minima tensione sbarre servizi ausiliari Blocco turbina E provocato dall intervento di una delle protezioni poste a salvaguardia della turbina e provvede ad arrestare direttamente la macchina tramite la chiusura di tutte le valvole che vi adducono vapore Ad evitare ritorni di vapore in macchina dai preriscaldatori di alimento il blocco provvede anche alla chiusura delle valvole motorizzate degli spillamenti In caso di scatto della turbina impossibile lasciare l alternatore in funzionamento poich rigidamente collegato ad essa Pertanto lo scatto della turbina provoca istantaneamente il blocco elettrico mentre normalmente non provoca il blocco termico che verr eff
201. l aria del calore scambiato nel condensatore Il ciclo del combustibile fa capo al parco combustibili che costituito dall insieme di tutte le apparecchiature destinate al ricevimento al trattamento e all immagazzinamento dei combustibili impiegati solidi liquidi gassosi Vi sono poi le apparecchiature di invio dei combustibili ai bruciatori di caldaia 22 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche 2 1 2 Rendimenti Il rendimento effettivo totale di un impianto con turbina a vapore ossia il rapporto fra l equivalente termico dell energia elettrica ricavata ai morsetti dell alternatore e il calore sviluppato dalla combustione in caldaia inferiore al rendimento teorico del ciclo termico impiegato per la presenza di numerose perdite di energia nei vari elementi costitutivi dell impianto Vi sono perdite che influiscono sul ciclo termodinamico allontanandolo da quello teorico e diminuendone il rendimento Cos per esempio l espansione del vapore in turbina non perfettamente adiabatica a causa degli attriti e delle dispersioni di calore il calore ottenuto dal combustibile bruciato in caldaia non tutto trasferito all acqua e al vapore ma in parte viene disperso nell atmosfera con i fumi che escono dalla ciminiera Vi sono poi perdite di calore verso l esterno attraverso le pareti della caldaia e dei condotti gas perdite di calore nei circuiti acqua vapore per spurghi e sfiati perdite meccaniche ed elettr
202. l risurriscaldamento del ciclo diventa necessario quando la pressione in caldaia supera determinati valori Poich il titolo del vapore a fine espansione in turbina non deve scendere al di sotto di 0 9 circa per non avere elevata umidit allo scarico che dannosa per le pale degli ultimi stadi una volta fissata la pressione e quindi la temperatura nel condensatore risulta praticamente fissata anche l adiabatica di espansione del vapore Aumentando la pressione e quindi la temperatura in caldaia si deve aumentare anche la temperatura massima di surriscaldamento per raggiungere l adiabatica di lavoro quando questa temperatura supera i limiti normalmente ammessi per i materiali dei tubi del surriscaldatore circa 550 C occorre ricorrere al risurriscaldamento Per migliorare il rendimento necessario ovviamente scegliere elevate temperature in caldaia e quindi elevate pressioni ed avere basse temperature di condensazione e quindi pressioni assolute nel condensatore inferiori alla pressione atmosferica Per aumentare ulteriormente il rendimento si adottano i cicli rigenerativi o a spillamento di vapore nei quali l acqua di alimento della caldaia viene preriscaldata mediante vapore spillato dalla turbina in pi punti della fase di espansione vapore risurriscaldato SHZ 7 n Generatore di vapore Riscaldatore alimento condensa drenaggio Il rendimento migliora perch le calorie contenute nel vapore spillato
203. la bassa volatilit o del basso potere calorifico non possono bruciare bene con aria al di sotto di una certa temperatura uscita aria preriscaldatore rigenerativo ingresso fumi y aria calda fumi caldi uscita fumi aria fredda fumi al camino ingresso aria preriscaldatore statico I preriscaldatori si dividono in due grandi categorie secondo il principio sul quale sono basati preriscaldatori ricuperativi e preriscaldatori rigenerativi Quelli di tipo ricuperativo sono statici e hanno superfici di scambio costituite da piastre o tubi 61 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche La quantit di calore trasmessa dipende dalle temperature in gioco dalla conduttivit termica dei materiali dalla resistivit dei depositi tutti fattori il cui effetto complessivo di richiedere notevoli superfici di scambio e ampie dimensioni dell apparecchiatura I preriscaldatori d aria di tipo rigenerativo sono costituiti da un rotore cilindrico suddiviso da lamiere diametrali in vari settori entro i quali sono inseriti verticalmente a pacchi cestelli moltissimi lamierini metallici ondulati in modo da creare un ampia superficie di scambio termico Il rotore posto in lenta rotazione ed espone i cestelli alternativamente ad entrambi i fluidi gas e aria I cestelli passando nella zona dei gas accumulano calore che cedono successivamente all aria quando passano nella zona di quest ultima Sono predisposti sistemi
204. la di sfioro che provvede a ricircolare al serbatoio A valle delle pompe di spinta sono inseriti i riscaldatori nafta che hanno la funzione di portare il combustibile alla temperatura ottimale per una perfetta atomizzazione ai bruciatori Normalmente la temperatura mantenuta nei serbatoi si aggira sui 40 C mentre la temperatura richiesta per l atomizzazione dell ordine dei 120 C Dopo i riscaldatori installata una seconda serie di filtri detti filtri a caldo dotati di una maglia pi fine dei precedenti per bloccare anche le particelle pi minute a valle di questi inizia il montante nafta che attraverso le apparecchiature di controllo e di regolazione contatore volumetrico valvola di regolazione valvola di blocco alimenta il complesso dei bruciatori L atomizzazione dell olio combustibile consiste nella sua riduzione in minutissime goccioline essa si rende necessaria per consentire al combustibile di mescolarsi intimamente con l aria comburente in modo da ottenere una combustione completa L atomizzazione viene prodotta ad opera della testina del bruciatore e pu essere ottenuta meccanicamente o per mezzo di fluidi ausiliari Nell atomizzazione meccanica a spinta diretta la nafta sotto l azione delle pompe di spinta perviene al bruciatore con una pressione molto elevata ed entra attraverso dei fori tangenziali nella camera a vortice che termina in un piccolo orificio La posizione dei fori e il loro piccolo diametro im
205. la tecnologia lo sviluppo di nuovi materiali resistenti alla corrosione l aumento nell utilizzazione dei sorbenti ha portato ad una riduzione del costo della desolforazione al termine del secolo scorso fino a 100 KW ovvero ad una contrazione dei costi del 70 450 400 350 300 50Ina 1970 1980 1990 1997 2000 Costo KW DA Costi di capitale per nuovi sistemi FGD 220 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche gt Processi a semisecco spray dry scrubbers ancora il reagente si presenta in soluzione acquosa ma il contenuto di acqua limitato in modo da consentire l evaporazione completa della parte acquosa e l ottenimento di un prodotto di risulta in polvere Rappresentano il secondo pi popolare metodo di desolforazione di fumi in generale questi processi utilizzano solo sorbenti a base di calcio ovvero calce CaO oppure idrossido di calcio Ca OH p Come gi anticipato la definizione di semi secco deriva dall utilizzo di una soluzione acquosa dosata per in modo tale da consentire la completa evaporazione dell acqua all interno del vessel di assorbimento cos da poter trattare come materiale di risulta polvere secca Lo slurry di calce atomizzato nel reattore sotto forma di particelle finissime il calore del gas consente quindi l evaporazione dell acqua Il tempo di permanenza consente alla SO e alle altre sostanze SO3 e HCI di reagire con la calce per formar
206. la temperatura di fiamma L abbattimento degli ossidi di azoto ottenibile con questa tecnica molto elevato nel caso di combustione di gas naturale dove gli NOx sono solo termici invece basso nel caso di olio o carbone dove prevalgono gli NO istantanei e da combustibile Combustione a stadi staged combustion Nella combustione di olio o carbone valori significativi di abbattimento si ottengono con la combustione a stadi Questa tecnica consiste nel dosare l aria e il combustibile all interno del sistema di combustione in maniera da abbassare la temperatura di fiamma e produrre zone riducenti nelle quali si formano i frammenti idrocarbonici che attivano i cammini di reazione responsabili della distruzione degli ossidi di azoto qualunque sia la loro origine La combustione a stadi ha trovato una specifica applicazione nei bruciatori a bassa produzione di NOx dove con opportuni accorgimenti aerodinamici si riescono ad ottenere all interno della fiamma buoni profili di temperatura zone ricche di combustibile e livelli di incombusti solidi e gassosi contenuti Questa tecnica pu essere applicata anche alla camera di combustione nel suo insieme in tal caso prende il nome di postcombustione Si realizza una zona ricca di combustibile alimentando i bruciatori con un aliquota dell aria comburente minore di quella stechiometricamente necessaria e una zona povera introducendo la parte rimanente dell aria a quota superiore in
207. lazione tra l aria e il combustibile Eoy aea ciclone a a 4 E DA e W t at er v ni Mx AL 5 k ni n eni ag y ca a X 13 TA angolo bruciatori tangenziali m 53 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche Sussidiario a quello della nafta vi il circuito gasolio con funzioni di intervento temporaneo nell esercizio della caldaia Il gasolio richiede apparecchiature pi semplici rispetto all olio combustibile essendo un distillato consente un lungo periodo di stoccaggio senza pericolo di fondami o morchie nei serbatoi La sua ridotta viscosit circa 1 16 E a 50 C ed il basso punto di infiammabilit lo rendono particolarmente adatto nelle fasi di accensione della caldaia quando questa ancora fredda infatti in tale condizione la combustione a nafta sarebbe particolarmente difficoltosa con formazione di una forte quantit di incombusti Inoltre il gasolio non richiede nessun preriscaldamento per il pompaggio e l atomizzazione In aggiunta a questi vantaggi il gasolio offre maggiori garanzie rispetto alla nafta sotto l aspetto ecologico in quanto oltre ad assicurare una combustione pi completa e priva di residui contiene anche una ridotta percentuale di zolfo il che significa minore quantit di anidride solforosa scaricata nell atmosfera Tuttavia l impiego di gasolio per la produzione di energia elettrica qua
208. le provocando una reazione chimica di ossidazione comunemente denominata combustione In essa le fiamme scambiano calore per irraggiamento con le pareti costituite dai tubi bollitori I tubi bollitori sono quelli nei quali si verifica totalmente o in parte il cambiamento di stato dell acqua Considerato un tubo verticale percorso in verso ascendente da acqua in condizioni di pressione temperatura e portata costanti all ingresso e sottoposto a un flusso termico costante secondo la sua lunghezza si possono identificare nel caso di valori di pressione inferiori alla pressione critica tre grandi zone che caratterizzano la trasformazione liquido vapore la prima di sola fase liquida la seconda di coesistenza della fase liquida e della fase vapore la terza di sola fase vapore Il processo di vaporizzazione si verifica all interno della zona bifase che si pu ulteriormente suddividere in due parti di cui la prima caratterizzata dal processo di ebollizione a nuclei e la seconda da quello di ebollizione pellicolare o a film Infatti le bolle di vapore che si formano lungo la parete interna del tubo migrano verso l interno della massa liquida dove condensano velocemente cedendo il loro calore latente ne risulta nello strato limite una elevata turbolenza che favorisce lo scambio termico in questa zona la temperatura del metallo si mantiene leggermente al di sopra della temperatura di saturazione del fluido Proseguendo verso l alto le bol
209. le non vengono riassorbite dalla massa liquida ma tendono ad aggregarsi formando tasche di vapore che scorrono al centro di un anello liquido che lambisce le pareti interne del tubo In seguito la continuit dell anello liquido viene interrotta dalla formazione di vapore che finisce col costituire un film continuo di vapore che si muove lungo la parete del tubo con una velocit sensibilmente pi bassa della velocit media del fluido il coefficiente di scambio termico risulta notevolmente diminuito e causa un considerevole aumento della temperatura del metallo che pu raggiungere valori pericolosi per la resistenza del materiale In seguito per effetto dell aumento del titolo del vapore e di conseguenza della velocit media della miscela la situazione tende a migliorare e la temperatura del metallo a diminuire Il punto critico individuato come punto DNB departure from nucleate boiling e rappresenta il titolo critico a cui si presenta il fenomeno di ebollizione a film 64 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche Temperatura del fluido e del tubo di parete nelle condizioni di acqua riscaldata ebollizione nucleata ebollizione a film e vapore surriscaldato metallo temperatura se a pe zona liquido sottorafir nuciesto eboli nucleata ebollizione a film entalpia vaporizzazione zona vapore Pias dd sla fiysso termico molto elevato vapore surris
210. lele all asse delle ascisse perch avvengono a pressione costante Infine le trasformazioni adiabatiche sono rappresentate da Capitolo 3 Le centrali termoelettriche C curve che soddisfano l equazione pv RT avendo indicato con k il rapporto tra i calori c y specifici a pressione e a volume costante Nella rappresentazione p v l area compresa fra le ordinate dei punti estremi del diagramma l asse delle ascisse e la curva rappresentativa della trasformazione equivale in scala opportuna al lavoro esterno compiuto dal fluido durante la trasformazione positiva ossia si tratta di lavoro eseguito dal fluido se la trasformazione si muove verso un aumento di volume negativa ossia si tratta di lavoro assorbito dal fluido nel caso opposto Nei diagrammi entropici le trasformazioni isotermiche e le isobariche per il vapor saturo sono rappresentate da rette orizzontali le adiabatiche da rette verticali le isobariche per i gas e il vapore surriscaldato da curve di andamento prossimo all esponenziale e che salgono verso destra perch somministrando calore aumentano l entropia e la temperatura le isometriche da curve che salgono verso destra pi rapidamente di quelle isobariche Nei diagrammi entropici l area compresa fra la curva di trasformazione l asse delle ascisse e le ordinate estreme rappresenta in opportuna scala il calore dato o tolto all unit di peso del fluido il calore viene dat
211. li I combustibili hanno come componenti principali il carbonio l idrogeno e lo zolfo Le reazioni esotermiche di ossidazione di questi elementi sono le seguenti C O2 CO 8 800 kcal kg di carbonio H2 4 O2 H20 28 000 kcal kg di idrogeno S O2 SO 2 700 kcal kg di zolfo L analisi del combustibile permette di ricavare tutti gli elementi relativi alla combustione ed in particolare la quantit d aria necessaria detta aria teorica La quantit di ossigeno necessaria alla combustione di un kg di combustibile si ricava dalla formula 32 c 32 h 32 s g a aa e l 12 100 4 100 32 100 percentuale in peso del carbonio peso molecolare 12 contenuto nel combustibile percentuale in peso dell idrogeno peso molecolare 2 contenuto nel combustibile percentuale in peso dello zolfo peso molecolare 32 contenuto nel combustibile 2 peso molecolare dell ossigeno tu m p oO Ricordando che nell aria l ossigeno presente nella proporzione del 23 2 in peso la quantit ponderale di aria teorica data da O k 0 232 ke e la quantit di aria teorica in volume pari a A A m 1 293 p essendo il peso specifico dell aria nelle condizioni normali pari a 1 293 kg m Ad esempio per un olio combustibile denso l aria teorica oscilla intorno ai 10 m per kg di combustibile bruciato circa 13 kg di aria per kg di combustibile Nella pratica l effettivo quantitativo di a
212. licate del funzionamento dell alternatore raffreddato ad idrogeno sono quelle che riguardano il riempimento e lo scarico del gas Per evitare che l idrogeno venga a contatto con l aria nella fase di riempimento si immette dapprima anidride carbonica che prender il posto dell aria Successivamente si immette l idrogeno che sposter fuori la CO2 Nella fase di svuotamento analogamente si espeller l idrogeno con la CO e successivamente si sostituir la CO con l aria 148 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche Il raffreddamento diretto pu essere effettuato anche con acqua demineralizzata fatta circolare all interno delle barre statoriche L acqua mantenuta in pressione da due pompe viene introdotta nell avvolgimento per mezzo di un collettore anulare di mandata ed immessa tramite tubi in teflon nei bastoni di uno strato in corrispondenza dei fori occhioli che costituiscono il collegamento elettrico tra i bastoni di due strati percorre tutti i bastoni di uno strato in un senso esce dalla parte opposta e tramite tubi in acciaio inossidabile reimmessa nei bastoni dell altro strato che vengono percorsi in senso opposto in uscita l acqua raccolta da un collettore anulare di scarico L uso di resine scambiatrici di ioni a letto misto consente di mantenere una elevata purezza dell acqua con valori di conducibilit inferiori a 0 5 uS cm Tutto il circuito idraulico costituito esclusivamente d
213. ll importazione in Europa La seconda che l utilizzo dell olio combustibile e del gas naturale Greggio Gas Carbone soggetto a logiche di mercato oligopolistiche da parte dei produttori con interferenze politiche internazionali pericolose soprattutto in una situazione di libero mercato La terza che la provenienza geografica e politica di queste fonti di approvvigionamento potrebbe influire in maniera significativa in caso di crisi internazionali sulla produzione di energia ed avere un impatto molto duro su strategie ed investimenti di produzione che non possono che essere a medio lungo termine Infatti la presumibile diminuzione dell offerta di petrolio e gas derivante dalla sempre maggiore difficolt estrattiva comporter accentuate oscillazioni del prezzo degli 33 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche idrocarburi congiuntamente ad una concentrazione sempre pi esasperata delle riserve nelle mani di pochi paesi produttori 100 90 80 70 E Africa 60 O Asia Pacifico 50 O Medio Oriente 40 E Furopa e Eurasia 30 America 20 10 0 Petrolio Gas Carbone Distribuzione geografica delle riserve di petrolio gas naturale e carbone Approvvigionamento italiano di petrolio gas e carbone nel 2002 Greggio Mili
214. llente non riesca a trattenere i gas disciolti per questo l insieme di riscaldatore degasatore concepito in modo che la temperatura di uscita dell acqua sia il pi possibile vicina alla temperatura di saturazione del vapore di riscaldamento e scaricare all atmosfera gli incondensabili attraverso uno sfiato collocato sulla parte alta del degasatore Il degasatore rappresentato nella figura seguente del tipo combinato a spruzzi e a piatti gas all atmosfera condensato dai riscaldatori BP rientro drenaggi riscaldatori AP attacchi valvole di sicurezza vapore ausiliario in avviamento vapore spillamento ricircolo pompe alimento prese regolazione di livello riscaldamento pegging al serbatoio spurghi alle pompe alimento alle pompe riempimento Vale la legge di Henry sulla solubilit dei gas nei liquidi A temperatura costante la solubilit in peso dei gas in un liquido proporzionale alla loro pressione parziale Le pressioni parziali dei gas presenti nel degasatore ossigeno e anidride carbonica tendono a zero perch la pressione del vapor d acqua uguale alla pressione totale pressione in condizioni di saturazione 127 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche La torre degasante disposta sopra il serbatoio ed suddivisa all interno in varie zone nelle quali l acqua viene riscaldata frazionata e degasata Il condensato viene immesso
215. llo digitale diretto DDC in cui alcuni computer rimpiazzavano strumenti regolatori registratori rel di un processo Tale tecnica non ha avuto per molto seguito negli impianti di grandi dimensioni per l elevato rischio di perdere completamente il controllo del processo in caso di guasti e per l elevato costo del backup con strumentazione analogica per ovviare al suddetto rischio Con l avvento dei regolatori digitali a microprocessore si sono sviluppati i sistemi a controllo distribuito DCS che si basano essenzialmente sui seguenti concetti e Si utilizzano moduli di controllo a microprocessore DCS localizzati in prossimit dell impianto Ogni modulo in pratica un computer capace di funzionare autonomamente possiede in memoria strategie di controllo preprogrammate e pu gestire pi di un anello di controllo allarmi ecc e Le informazioni tra i moduli di controllo e l operatore vengono scambiate in forma digitale tramite una rete di comunicazione ridondante cio in doppio o in triplo per preservare la continuit dell azione di controllo in caso di guasti Quindi non pi necessario un cablaggio per ogni strumento tra il campo e la sala controllo ma sufficiente connettere i moduli di controllo alla rete Se si usa strumentazione intelligente ST essa viene direttamente connessa al field bus se si usa strumentazione convenzionale analogica occorrer cablarla singolarmente fino al modulo di controllo con l
216. losione o d incendio e di utilizzare segnali praticamente privi di interferenze contrapponevano lo svantaggio di una breve distanza di trasmissione dei segnali per cui i pannelli di controllo dovevano essere localizzati alquanto in prossimit dell impianto Ai regolatori pneumatici sono seguiti gli elettronici sempre di tipo analogico preferiti per la maggior facilit di gestione dei segnali elettrici e di funzionalit complesse in particolare per il pi agevole interfacciamento con computer e strumentazione digitale I moderni regolatori continui sono sostanzialmente dei microcomputer dotati di CPU memoria di massa dispositivi di input output e assolvono a numerose funzioni possono gestire pi di un loop e sono programmabili Oltre all azione regolante svolgono la funzione di indicatori con appositi display del valore di set point e del valore attuale segnalano con allarmi quando la variabile prefissata esce dai limiti possono gestire la variazione del set point secondo determinati programmi sono programmabili sia in locale sia da altri dispositivi o da computer ad essi collegati I computer hanno avuto una presenza sempre pi rilevante nei sistemi di controllo automatico Inizialmente sono stati utilizzati essenzialmente per la supervisione o come data logger per la registrazione periodica dei dati di funzionamento dell impianto Con l incremento delle prestazioni si sono sviluppati computer di processo cio sistemi di contro
217. luzioni adottate per la regolazione di temperatura sono e iniezione di acqua di desurriscaldamento e ricircolazione dei gas e inclinazione dei bruciatori Fra questi per la regolazione della temperatura del vapore SH il metodo pi usato quello del desurriscaldamento Invece per il vapore RH si sfrutta prevalentemente l inclinazione dei bruciatori o la ricircolazione dei gas in quanto il vapore corrispondente all acqua iniettata non attraversa lo stadio ad alta pressione della turbina e peggiora cos il rendimento del ciclo Il desurriscaldatore del vapore SH non posto a valle del surriscaldatore finale bens a monte di esso per evitare che particelle d acqua non ancora vaporizzate vadano a colpire le prime palette di turbina Il metodo della ricircolazione dei gas a consiste nel prelevare una parte dei fumi all uscita dell economizzatore a temperatura di 300 400 C e tramite un ventilatore RG inviarli sul fondo della camera di combustione La temperatura in camera di combustione e quindi il calore irraggiato vengono cos ridotti a vantaggio delle zone a convezione 173 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche Un altro metodo b quello denominato gas tempering in cui il gas prelevato all uscita dell economizzatore viene inviato in caldaia a monte della zona a convezione SH2 PH Ricircolazione gas Gas tempering Infine l inclinazione dei bruciatori spostando il centro della fiamma va
218. maggiori risorse economiche tipici dei paesi industrializzati hanno fatto s che la sensibilit dell opinione pubblica nei confronti dei problemi ambientali sia andata progressivamente crescendo nel tempo La normativa che regola le emissioni in atmosfera delle centrali termoelettriche ha avuto quindi una rapida evoluzione soprattutto a partire dalla met degli anni 80 Prima di tale periodo le leggi vigenti erano basate sul controllo delle immissioni ovvero delle concentrazioni al suolo delle sostanze inquinanti Tale sistema per altro non abbandonato ma ora parte integrante di sistemi di controllo pi completi si rilevato per poco efficace visto che per rispettare i valori ammessi era sufficiente utilizzare adeguati sistemi di dispersione in pratica costruendo ciminiere molto alte 28 La normativa vigente DPCM 28 3 1983 e DPR 203 1988 prevede per le immissioni di SO NO e particolato totale aerodisperso PTA sia valori limite che valori guida Inquinante Indice statistico Valore limite 50 percentile delle medie di 24 ore rilevate nell arco di un 80 ug m anno aprile marzo Biossido di zolfo 98 percentile delle medie di 24 ore rilevate nell arco di un 250 g m SO anno aprile marzo Valore da non superare per pi di 3 giorni consecutivi 50 percentile delle medie di 24 ore rilevate durante il semestre 130 ug m invernale ottobre marzo Inquinante Indice st
219. mazione sar rappresentata da A B C Riunendo tutti i punti B B B e tutti i punti C C C si ottengono due curve dette rispettivamente curva limite inferiore e curva limite superiore del vapor d acqua 1 1 Sarebbero esponenziali se c fosse costante T Nei punti B l acqua ancora tutta allo stato liquido nei punti C tutta allo stato di vapore saturo secco I punti compresi tra B e C vapore saturo umido rappresentano stati del fluido in cui sono mescolati acqua e vapore Si chiama titolo del vapore saturo umido il peso di vapore saturo secco contenuto in 1 kg di miscela acqua vapore Perci la curva limite inferiore anche curva a titolo 0 mentre la curva limite superiore anche curva a titolo 1 2 2 E infatti dr dq T ds q T ds 1 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche curva limite superiore Le due curve limite dividono il piano in tre regioni cui corrisponde da sinistra a destra lo stato liquido lo stato di vapore saturo umido lo stato di vapore surriscaldato Le due curve convergono verso l alto in un punto K detto punto critico che rappresenta quello stato di fluido nel quale il liquido vaporizza senza aumento di volume Il punto critico per l acqua corrisponde a una pressione di 225 kg cm e una temperatura di 374 C il volume specifico comune al liquido e al vapore di 0 0031 m kg Nel diagramma entropico le curve limite del vapor d acqua h
220. mbustione a olio Valori pi bassi si riscontravano nelle caldaie pi moderne o dotate di bruciatori tangenziali Cos in alcune situazioni impiantistiche si riusciti a scendere sotto il limite di legge adottando solo interventi di denitrificazione primari in altre situazioni si invece dovuto ricorrere all installazione di sistemi SCR Soprattutto nella combustione di olio o gas stato possibile raggiungere il limite di 200 mg Nm in caldaie a bassi carichi termici dotandole di sistemi di combustione a bassi NO bruciatori Low NOx gas mixing OFA Nella combustione a carbone stato invece necessario l impiego di interventi secondari 229 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche 11 3 1 Interventi primari di denitrificazione Sono di seguito descritti i principali interventi primari di denitrificazione A Postcombustione La riduzione della temperatura di combustione una possibile via per il contenimento degli NOx poich limita la formazione di quelli di origine termica Nella pratica industriale per ottenere questo risultato esistono due possibilit la ricircolazione dei fumi e la combustione a stadi l Ricircolazione dei fumi gas mixing La ricircolazione dei fumi consiste nel diluire l aria comburente con i gas in uscita dalla caldaia cos facendo si abbassa la pressione parziale dell ossigeno riducendo la velocit di combustione e si aumenta la concentrazione di gas inerti diminuendo
221. mentando le velocit non si pu spingere il diametro medio Dm oltre certi limiti Nei corpi ad alta pressione per i quali la sezione di efflusso del vapore piccola converrebbe quindi aumentare la velocit di rotazione oltre i 3000 giri min E infatti possibile ricavare la sezione totale di efflusso dal distributore essendo noti la velocit assoluta c1 l angolo a tra c e u la portata di vapore G e il volume specifico del vapore vi S G vi e Ci Sena Poich il volume specifico negli stadi ad alta pressione assai basso la sezione risulter piccola Essendo la sezione di passaggio del vapore pari a S 7 D h amp dove amp un coefficiente di riduzione che tiene conto dello spessore dei diaframmi si dovr tenere un diametro Dm abbastanza piccolo per non ridurre l altezza h delle palette a valori troppo esigui 100 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche Nelle ruote ad azione si pu poi ricorrere alla parzializzazione in tal caso assumendo un altezza dell ugello e delle palette di almeno 10 mm per ridurre le perdite per attriti si ricava l arco a x occupato dagli ugelli In ogni caso a pari Dm all aumentare della velocit di rotazione n aumenta la velocit periferica u e quindi il salto entalpico elaborato per ogni stadio Al contrario nell ultimo stadio di bassa pressione a causa dell elevato volume specifico v2 del vapore la sezione di uscita S2 dovr essere
222. mi che quindi non danno luogo ad incrostazioni Occorre per limitare la presenza nell acqua dei sali contenenti Na e K in quanto per idrolisi possono provocare la formazione di NaOH e KOH basi molto forti che oltre ad aumentare il pH a valori non desiderati possono provocare attacchi di natura corrosiva sul materiale delle caldaie Per procedere alla demineralizzazione si sfrutta la capacit di determinate resine di scambiare i propri ioni con quelli presenti nell acqua 165 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche Le resine impiegate sono prodotti granulari insolubili con gruppi attivi ai quali sono collegati ioni dissociabili Esse possono essere distinte in e resine cationiche il cui reticolo strutturale porta cariche negative ad esempio gruppi solfonici o carbossilici pertanto gli ioni sostituibili sono carichi positivamente quali gli ioni H e quelli metallici e resine anioniche il cui reticolo strutturale porta cariche positive ad esempio ammine primarie secondarie terziarie o gruppi ammonici quaternari pertanto gli ioni sostituibili sono carichi negativamente quali gli ioni OH e gli altri anioni Ogni tipo di resina pu essere concettualmente ridotta ad un acido o ad una base e le reazioni caratteristiche a reazioni similari Le resine cationiche cedono ioni H legandosi al radicale basico del sale e liberando l acido corrispondente le resine anioniche cedono ioni OH e legandosi agli acidi rimast
223. mpe acqua condensatrice 2 da 850 kW e pompe circolazione caldaia 4 da 250 kW I motori asincroni di media e bassa tensione utilizzati nei servizi ausiliari delle centrali termoelettriche sono sottoposti a condizioni di funzionamento pi gravose del normale e sono pertanto oggetto di particolari prescrizioni Gli isolanti devono avere protezioni particolari vernici impregnanti resistenti all umidit isolanti al silicone che consentono di lavorare a temperature elevate ecc 160 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche I rotori sono di elevata robustezza grazie alla solida costruzione e all impiego per le sbarre e gli anelli di un rame speciale che non presenta fenomeni di fragilit anche dopo lunghi periodi di servizio Gli statori adottano un sistema di fissaggio delle testate di avvolgimento particolarmente accurato in modo da evitare ogni possibile movimento nella fase di avviamento quando esse sono percorse da elevate correnti La carcassa scelta in base al luogo di installazione in sala macchine e in sala caldaia nella maggior parte dei casi si impiegano carcasse antistillicidio mentre in ambienti particolarmente umidi e polverosi si devono utilizzare motori completamente chiusi Il fluido refrigerante in generale l aria ambiente per grandi potenze pompe alimento si utilizza l acqua servizi I motori sono dimensionati per poter dare continuamente la piena potenza di targa anche con variazioni
224. mperatura tra ferro idrogeno e magnetite La formazione di una pellicola compatta e omogenea di magnetite nel ferro reattivo porta la reazione sopra descritta ad un equilibrio stabile in assenza di elementi chimico fisici perturbatori E quindi essenziale che la superficie interna delle tubazioni durante l esercizio sia ricoperta da uno strato omogeneo e compatto di magnetite Per temperature superiori a 570 C l unico ossido di ferro stabile l ossido ferroso FeO che per ha un azione protettiva poco efficace poich di natura polverulenta ed quindi facilmente asportabile Molteplici meccanismi possono comportare una fratturazione della pellicola degli ossidi e ebollizione a film film boiling Questo tipo di vaporizzazione caratterizzato da un ebollizione pellicolare aderente alla parete del tubo si manifesta ad alte temperature e pressioni e si contrappone all ebollizione normale a nuclei nucleate boiling Il fenomeno provoca un surriscaldamento della parete con distacco della pellicola di magnetite o quanto meno con la sua trasformazione strutturale ad ossido ferroso incoerente e colpi di fiamma flame impingement Un instabilit delle fiamme pu provocare surriscaldamenti localizzati dei tubi Anche in questo caso c distacco di scaglia ed aumento del tasso di reazione metallo acqua con passivazione anormale e ispessimenti locali della pellicola di ossidi Essi concorrono ad aumentare la temperatura d
225. mplificatore che comanda il sistema di eccitazione agendo sul campo dell alternatore Allo scopo di facilitare il passaggio del regolatore dal funzionamento manuale a quello automatico ed evitare il pericolo di sbilanciamenti dei due sistemi al momento della commutazione predisposto un circuito di inseguimento con il quale il sistema escluso viene continuamente adeguato a quello operante limitatore corr eccit circuito corr compound regolatore ditensione di tensione Tra l eccitatrice e l avvolgimento rotorico dell alternatore interposto l interruttore di campo il quale in caso di disservizio provvede alla diseccitazione dell alternatore aprendo il circuito di eccitazione e collegando gli avvolgimenti del campo ad una resistenza zavorra in cui viene rapidamente dissipata l energia residua L eccitazione dell alternatore pu essere realizzata mediante due sistemi principali e l eccitazione rotante ottenuta impiegando dinamo e l eccitazione statica che produce corrente continua per l avvolgimento di campo derivando l alimentazione dalle sbarre a 6 kV Attualmente il secondo sistema ha prevalso sul primo per la sua pi elevata prontezza nella regolazione di tensione Lo schema di principio di un eccitatrice statica costituito essenzialmente da un ponte misto di diodi e thyristor I thyristor sono semiconduttori a conducibilit unidirezionale in cui la conduzione permessa s
226. n funzionamento normale alimenta i propri servizi elettrici che impegnano una potenza pari a circa il 5 di quella della sezione stessa I motori elettrici di potenza superiore a 100 150 kW sono previsti per alimentazione in media tensione 6 kV per potenze inferiori l alimentazione in bassa tensione 380 V Viene spesso adottato lo sdoppiamento delle sbarre dei servizi ausiliari di sezione per contenere le ripercussioni sulla tensione di una sbarra in conseguenza di un notevole assorbimento di potenza sull altra inoltre cos si ottiene una riduzione delle correnti di corto circuito nelle alimentazioni degli ausiliari Una semisbarra a 6 kV di gruppo alimenta in servizio normale e una pompa alimento una pompa estrazione condensato un ventilatore aria un ventilatore di ricircolazione gas una pompa acqua condensatrice e un trasformatore per pompe circolazione caldaia I motori alimentati sono dimensionati per met della potenza nominale del gruppo essendo pompe e ventilatori sdoppiati in due unit gemelle di pari potenza Altrettanti motori della stessa potenza vengono perci alimentati dall altra semisbarra di gruppo Allo scopo di fornire gli ordini di grandezza si riportano per un gruppo da 320 MW il numero e la potenza nominale dei principali motori elettrici e pompe alimento 2 da 6000 kW e ventilatori aria 2 da 1650 kW e ventilatori ricircolazione gas 2 da 550 kW e pompe estrazione condensato 2 da 450 kW e po
227. n sede di progetto intorno all 80 ma pu essere inferiore qualora siano stati previsti interventi primari di denitrificazione Perdite di carico aggiuntive Le perdite di carico globali attraverso il sistema sono il parametro che va direttamente ad influenzare il bilancio energetico dell impianto e devono essere le minime possibili Le perdite di carico dipendono principalmente dalla geometria del catalizzatore e dalla portata del gas Valori tipici sono intorno a 6 9 mbar Rilascio di ammoniaca a valle del catalizzatore ammonia slip L ammoniaca aggiunta per la riduzione degli NOx dovrebbe essere completamente utilizzata per le reazioni tuttavia una piccola quantit viene sempre rilasciata a valle del catalizzatore Tale quantit detta ammonia slip deve essere minimizzata poich responsabile insieme con la SO presente nei fumi della possibile formazione di bisolfato di ammonio SO NH H20 NH4HSO4 che ha attitudine a precipitare in intervalli di temperatura corrispondenti a quelli dei fumi durante l attraversamento dei preriscaldatori d aria causando l intasamento degli stessi ed il conseguente ricorso a frequenti lavaggi La presenza di composti ammoniacali nelle varie parti d impianto comporta in seguito ai normali lavaggi previsti nell esercizio la produzione di reflui contenenti ammoniaca tali reflui sono trattati in un impianto dedicato ITAA impianto trattamento acque ammoniacali Conver
228. na a gas e viene poi utilizzato allo scarico come comburente nella caldaia a letto fluido 1400 F high pressure air a carbonizer H T filters syngas topping combustor gas turbine exhaust Il secondo impianto vedi figura seguente adotta un gassificatore alimentato da aria compressa proveniente da un compressore autonomo trascinato da una turbinetta Lo scarico della turbina a gas che alimentata da gas prodotto nel topping combustor dal gas di sintesi viene inviato come comburente nella caldaia a letto fluido che brucia residuo carbonioso del gassificatore unitamente a carbone ed dotato di reattore catalitico SNCR funzionante ad urea coal Lcrmennni syngas airfeed compressor steam turbine topping combustor exhaust stack gas turbine exhaust gas turbine used as CFB combustion air 243 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche LULU INELIAA ERHI l ij I i il A U beam Come gi detto le caldaie a letto fluido sono adatte per un ampia gamma di combustibili con basso potere calorifico alto tenore di umidit alto contenuto di ceneri Non occorre prevedere impianti aggiuntivi di desolforazione e denitrificazione L iniezione di calcare richiesta per combustibili con tenore di zolfo superiore allo 0 5 d luogo a una riduzione di SO del 90 95 secondo le seguenti reazioni e ossidazione dello zolfo nel processo di combustione
229. ne del grado di irraggiamento solare e della velocit del vento classificazione di Pasquill E possibile costruire un modello matematico dello spazio interessato alla presenza della centrale termoelettrica in modo da poter prevedere l evolversi di una situazione sfavorevole sulla base delle misure che vengono eseguite con continuit in diverse stazioni di rilevamento Si possono cos disporre in tempo utile opportuni provvedimenti per contenere il contributo al suolo di sostanze inquinanti entro limiti consentiti Per i grossi impianti l altezza delle ciminiere sovente superiore a 200 metri La grande altezza del camino pone problemi di costruzione dovendosi tener conto per la stabilit anche delle dilatazioni longitudinali e delle differenze di temperatura tra parete interna ed esterna Le soluzioni ricorrenti sono camini con canna esterna portante in cemento armato e canne multiple interne una per ogni generatore di vapore in acciaio o costituite di mattoni refrattari antiacidi La ciminiera pluricanna fa s che la gran massa dei fumi scaricati ne facilita l innalzamento perch riduce l effetto frenante e raffreddante dell aria che li avvolge Riferendosi al circuito aria gas ancora da notare che le caldaie si dividono in due gruppi e caldaie pressurizzate e caldaie in depressione o a tiraggio bilanciato All interno delle prime regna una pressione superiore a quella atmosferica dovuta ai ventilatori aria che mant
230. nergia di attivazione molto alta l ossido nitroso si forma con velocit apprezzabile solo ad alta temperatura e solo se sono presenti atomi di ossigeno La seconda reazione invece molto veloce anche a temperatura pi bassa ma per procedere ha bisogno dell atomo di azoto che esiste solo come prodotto della prima reazione Si pu notare infatti che gli atomi di azoto e di ossigeno fanno la spola tra una reazione e l altra Questo tipo di meccanismo diventa quindi importante con eccessi d aria di una certa entit e ad elevata temperatura ed quello principale nella combustione di gas e NO istantanei Il secondo cammino che diventa importante qualora il combustibile sia olio o carbone quello che vede l azoto atmosferico fissato da frammenti idrocarbonici che rapidamente si traformano in cianogeni i quali in atmosfera ossidante originano l ossido nitrico Per la rapidit con cui questa via percorsa la frazione di ossidi di azoto cos formatasi denominata istantanea Questo meccanismo di reazione inoltre favorito in zone a bassa temperatura ricche di combustibile ed molto importante nella combustione a gas e NO da combustibile Il terzo cammino di reazione vede reagire i composti azotati contenuti nel combustibile in genere sotto forma di composti eterociclici I prodotti intermedi di reazione sono sempre cianogeni ossicianogeni o composti ammoniacali che in atmosfera ossidante danno luogo a ossido nitrico Q
231. notevole quantit di calore all acqua Scegliendo pressioni in caldaia sempre pi elevate la funzione dell economizzatore andata aumentando d importanza sia per la maggiore quantit di calore contenuta nei gas di combustione che lasciano la caldaia a temperature pi elevate sia perch innalzandosi la temperatura di vaporizzazione la quantit di calore necessaria per riscaldare il liquido aumenta mentre il calore di vaporizzazione diminuisce entrata acqua alimento Economizzatore All uscita dell economizzatore l acqua viene convogliata mediante tubi di collegamento al circuito Vaporizzatore Il vaporizzatore viene installato in camera di combustione perch in tale zona esiste la pi alta temperatura dei gas e di conseguenza lo scambio termico pi intenso I tubi di parete comunque sono ben protetti in quanto sono raffreddati internamente dall acqua e dato l elevato coefficiente di scambio termico fra la superficie interna dei tubi e l acqua la temperatura di parete del tubo in condizioni normali molto pi prossima a quella dell acqua che a quella del gas Il calore assorbito dai tubi esposti all irraggiamento risulta pari a circa il 50 del calore totale sviluppato nella combustione e da esso dipende la temperatura dei fumi che lasciano la camera di combustione e vanno a lambire i tubi dei surriscaldatori e del risurriscaldatore 69 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche Il circu
232. nsato ITC impianto trattamento condensato RBP riscaldatori bassa pressione DEG degasatore PAA pompa acqua alimento RAP riscaldatori alta pressione AP turbina alta pressione MP turbina media pressione BP turbina bassa pressione 123 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche La configurazione del ciclo termico varia a seconda del tipo e della potenza dell impianto comunque un ciclo generico del condensato e dell acqua di alimento composto da 1 pompe estrazione del condensato Sono generalmente due una di riserva all altra Sono pompe centrifughe dimensionate per la pressione necessaria a vincere le perdite di carico esistenti tra il condensatore e il degasatore Dal punto di vista costruttivo le pompe ad asse verticale sono preferite a quelle ad asse orizzontale I vantaggi delle pompe verticali sono l eliminazione della cavitazione i minori problemi per il battente idraulico sono infatti installate in un pozzetto ad una quota inferiore a quella del pozzo caldo la limitazione delle spinte assiali il minor ingombro 2 trattamento del condensato L impianto di trattamento del condensato installato all inizio del ciclo con lo scopo di mantenere l acqua ad un ottimo grado di purezza Inizialmente l acqua fornita dall impianto di demineralizzazione possiede elevate caratteristiche di purezza ma durante il funzionamento essa pu essere oggetto di trascinamenti di particelle metalliche o di mescolamenti
233. nsatore un grande scambiatore di calore avente un involucro in lamiera d acciaio saldata con pareti opportunamente rinforzate per resistere alla differenza di pressione esistente tra l esterno e l interno tale involucro con la sua parte superiore collegato allo scarico della turbina dalla quale riceve il vapore che nella parte mediana del condensatore lambisce un grande fascio tubiero nel quale circola l acqua di raffreddamento Il vapore giungendo a contatto con i tubi cede all acqua che li percorre il suo calore di vaporizzazione e si condensa La condensa del vapore viene raccolta nella parte inferiore del condensatore detta pozzo caldo Il condensatore caratterizzato da e un modesto salto termico tra i due fluidi vapore a 30 40 C acqua refrigerante a 5 25 C e una grande quantit di calore da scambiare per un gruppo da 320 MW la portata di vapore al condensatore di circa 600 t h con un contenuto entalpico di circa 560 kcal kg e una grandissima superficie di scambio termico circa 16 000 m con 17 000 tubi da 1 e una grande portata di acqua condensatrice necessaria per la condensazione del vapore considerando un At medio dell acqua condensatrice di 8 9 C occorrono 80 100 litri di acqua per ogni kg di vapore per un gruppo da 320 MW sono necessari 10 12 m s L impiego del condensatore tende a soddisfare una triplice esigenza e accrescere l area del ciclo funzionale migliorando il rendimen
234. ntesi prodotto dal gassificatore I prodotti della combustione che avviene nel topping combustor sono inviati alla turbina a gas Il residuo carbonioso del gassificatore char bruciato nella caldaia a letto fluido Il ciclo combinato cos ottenuto ad alta efficienza Questi sistemi sono chiamati APFBC advanced pressurized fluidized bed combustion o sistemi avanzati GFBCC gasification fluidized bed combustion combined cycle systems APFBC Power System Sketch ash and spent sorbent solid waste sorbent sorbent iii pressurized fluid bed heat exchanger char coal high temperature filters 5 18 0 vitiated air 1430F 140 Btu scf clean syngas ac output m lt pressure steam m LP steam was pu generator boosted high pressure air high temperature steam filters turbine drive 1400F clean vitiated air boost compressor 2400F topping heat recovery combustor high pressure air A essa ac output LL 1100F clean gas turbine exhaust RI e RM SERIE generator air 242 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche Altri sistemi prevedono ulteriori complicazioni impiantistiche per innalzare ancora di pi il rendimento complessivo Il primo impianto illustrato in figura riscalda in un recuperatore e in caldaia l aria compressa che alimenta il combustore unitamente al gas di sintesi il gas di combustione prodotto aziona la turbi
235. ntinua della tensione attraverso la regolazione della potenza reattiva immessa in rete In generale la regolazione della tensione di rete si effettua con una opportuna ripartizione delle potenze reattive ottenuta agendo non solo sui generatori ma utilizzando anche compensatori sincroni condensatori statici o reattori in prossimit dei centri di utilizzazione per la regolazione di tensione si pu ricorrere anche ai variatori di rapporto di cui sono dotati taluni trasformatori Per meglio chiarire quale pu essere il contributo dei generatori alla regolazione di tensione di rete si ricorda che mentre la potenza attiva prodotta da una macchina sincrona dipende esclusivamente dalla potenza meccanica applicata all asse della macchina stessa la potenza reattiva prodotta o assorbita da un alternatore determinata dalla sua corrente di eccitazione La regolazione di tensione degli alternatori si ottiene quindi effettuando il controllo automatico della loro eccitazione Nel sistema alternatore rete esiste una grande analogia fra la regolazione di frequenza o della potenza attiva e la regolazione di tensione o della potenza reattiva 2 La regolazione di tensione presso i gruppi di produzione denominata regolazione primaria di tensione Il valore della tensione di riferimento V i viene impostato manualmente sul regolatore automatico di tensione RAT del gruppo secondo le indicazioni del Gestore della Rete di Trasmissione Naz
236. nto mai limitato poich il suo prezzo non competitivo rispetto a quello della nafta ed inoltre il quantitativo disponibile sul mercato non sarebbe sufficiente a soddisfare l enorme richiesta Normalmente il circuito gasolio comprende due sistemi e gasolio per le torce pilota e gasolio per bruciatori di primo avviamento Le torce pilota sono piccoli bruciatori disposti accanto ai bruciatori principali che vengono accesi prima dell accensione o dello spegnimento dei bruciatori principali consentendo la stabilit della fiamma I bruciatori di primo avviamento sono bruciatori che vengono inseriti ai piani bassi di caldaia nelle operazioni di prima accensione da freddo Il rifornimento del gasolio alle centrali viene effettuato tramite autobotti e lo stoccaggio realizzato con l impiego di serbatoi a tetto fisso privi di riscaldamento della capacit di 100 500 m 54 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche 2 2 3 Combustibili gassosi Il combustibile gassoso utilizzato negli impianti termoelettrici soprattutto il gas naturale Esso una miscela di idrocarburi della serie del metano E presente nel sottosuolo ad elevata pressione 100 150 kg cm dopo l estrazione viene decompresso ad una pressione di 50 80 kg cm ed immesso a pressione costante nella rete di distribuzione La composizione media in volume del gas naturale comunemente denominato metano la seguente e metano CH4 95 8 e etano C2
237. ntrifuga si posizionano a una certa distanza dall asse di rotazione e sono contrastate nel loro spostamento da una molla Ad ogni posizione delle masse rotanti corrisponde una posizione di un cassetto distributore che comanda mediante olio in pressione l apertura della valvola di ammissione del vapore alla turbina Volendo rappresentare in un diagramma la posizione del regolatore ossia il numero di giri della macchina in funzione della corsa del servomotore ovvero del grado di apertura della valvola del vapore otterremo un grafico costituito da una retta inclinata che rappresenta lo statismo del regolatore statismo 6 corsa serromotore 0 50 100 carico Essendo la posizione del servomotore della valvola proporzionale alla portata vapore e questa a sua volta proporzionale alla potenza generata dall alternatore la retta dello statismo in funzione della corsa del servomotore anche quella che lega la velocit al carico Aumentando il carico il numero di giri diminuir seguendo la retta caratteristica fino al raggiungimento della massima corsa degli organi di regolazione Aggiungendo o sottraendo al segnale dei giri un opportuno valore a mezzo del variagiri possibile far spostare la curva velocit carico parallelamente a se stessa s 6 100 variagiri carico 0 50 100 183 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche Se la turbina regolata con statismo non nullo collegata ad una rete di pote
238. nuovamente scendendo attraverso il condotto verticale o posteriore dove sono posizionati il surriscaldatore di bassa temperatura e l economizzatore Infine escono dalla caldaia e attraversano i preriscaldatori d aria cedendo calore all aria comburente che percorre gli stessi in senso inverso Dal momento che i fumi trasportano in sospensione una certa quantit di particelle solide incombusti e residui della combustione prima di essere inviati alla ciminiera ed essere dispersi nell atmosfera essi subiscono una depurazione ad opera dei depolverizzatori o precipitatori elettrostatici i quali trattengono gran parte delle polveri presenti che vengono raccolte in tramogge ed in seguito asportate La ciminiera o camino rappresenta il tratto finale del percorso dei prodotti della combustione La sua funzione quella di innalzare il pennacchio dei fumi ad una quota tale da assicurarne una buona dispersione nell atmosfera deve quindi possedere buone doti di tiraggio ed un elevata altezza La diffusione nell atmosfera dei fumi prodotti dalla combustione e la concentrazione dei relativi inquinanti al livello del suolo sono governate dalle leggi sulla diffusione dei gas la cui applicazione nei casi pratici complicata dall influenza di azioni meteorologiche variabili e non facilmente valutabili Si deve tenere conto in primo luogo dell effetto spinta dovuto alla velocit di sbocco dei fumi dal camino per la presenza dei ventilator
239. nza molto grande la sua velocit non pi determinata dal suo regolatore ma dalla frequenza di rete almeno fino a che non stato superato il momento torcente corrispondente alla coppia sincronizzante massima Al momento della chiusura dell interruttore di parallelo la forza elettromotrice E generata dall alternatore uguale ed in fase con la tensione di sbarra V Se si aumenta la corrente di eccitazione la E aumenta a E e la differenza E V fa erogare all alternatore una corrente I sfasata di 90 in ritardo rispetto a V L alternatore eroga una potenza reattiva induttiva ma non eroga potenza attiva Se dopo aver aumentato l eccitazione si aprono le valvole di turbina la coppia sviluppata spinge il rotore in avanti la nuova forza elettromotrice E si sposta in anticipo perch il flusso del rotore taglia in anticipo i conduttori di statore Si forma un angolo tra E e V e l alternatore eroga anche una potenza attiva Aprendo ulteriormente le valvole di turbina l angolo aumenta ed aumenta la potenza massima generata la potenza erogata dall alternatore risulter naturalmente pari alla potenza meccanica fornita dalla turbina valendo l equilibrio fra coppia resistente e coppia motrice La potenza massima si ha per un angolo tra E e V pari a 90 cui corrisponde la condizione limite per la stabilit statica di funzionamento in realt occorre tenere conto delle perturbazioni che si presentano durante l
240. o 135 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche ingresso drenaggio riscaldatore a monte G h Gi hy Gi ha zona desurriscaldante zona condensante zona sottoraffreddante Gi ha Soho Bilancio di un riscaldatore Gost a Ga he Gy hy Ga ha Ga hu Gphp prese di livello condense Ga portata acqua alimento T CE he entalpia acqua alimento entrata G portata vapore spillamento h entalpia vapore spillamento uscita G4 portata drenaggio riscaldatore a monte drenaggio ha entalpia drenaggio riscal datore a monte h entalpia acqua alimento uscita Gp portata drenaggio uscita ingresso spillamento hp entalpia drenaggio uscita Dn a ingresso uscita acqua acqua alimento alimento 136 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche uscita acqua alimento ingresso acqua alimento uscita condensa entrata drenaggio riscaldatore a monte mi entrata sfiato spillamento CEVEA WE we As oa eee dii y a a echo nocele od o al di rn SERI 3 Pi X DE entrata entrata drenaggio spillamento riscaldatore a monte CERTE oc Riscaldatore verticale a testa in alto uscita acqua alimento ingresso acqua alimento Riscaldatore verticale a testa in basso 137 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche 7 Montante di macchina Il montante di macchina comprende le apparecchiature destinate alla produzione e alla trasformazione dell ene
241. o deflettore anello deflettore classificatore molla compensatrice d cono Interno molla di pressione rullo superficie di macinazione ingresso aria primaria D ji p tazza ruota dentata refrigerante dell olio Mulino a tazze e rulli Combustion Engineering 45 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche Le piriti e le parti in ferro a causa del loro peso non possono essere sollevati dall aria calda che trascina il polverino ricadono quindi nella parte inferiore del mulino dove appositi raschiatori convogliano i pezzi alle tramoggette di scarico delle piriti La scelta del numero e della potenzialit dei mulini da installare in ogni caldaia viene fatta nell ipotesi che si debba utilizzare carbone di determinate caratteristiche e si voglia ottenere una certa finezza di polverino La finezza misurata dalla percentuale di carbone che passa attraverso ciascun setaccio di una serie fissata convenzionalmente e deve essere tale da assicurare un tempo di combustione delle particelle sufficientemente breve per ottenere la combustione completa con un basso eccesso d aria I bruciatori a carbone normalmente impiegati nelle centrali termoelettriche sono di tre tipi verticali tangenziali frontali I primi sono adatti per la combustione di carboni a bassa percentuale di materie volatili e sono posti sul cielo della camera di combustione I secondi sono posti agli angoli della camera di combustione in mod
242. o posizionato a valle dell impianto di desolforazione La temperatura tipica di funzionamento di circa 320 C In questa configurazione perci necessario prevedere un sistema di riscaldamento a monte dei reattori catalitici per riscaldare i fumi che all uscita dell impianto di desolforazione si trovano a circa 50 C Il sistema di riscaldamento composto da uno scambiatore gas gas rigenerativo e da un bruciatore ausiliario per compensare le perdite in temperatura corrispondenti a circa 50 C Nella configurazione Tail End il gas da trattare esente da ceneri e quindi da eventuali veleni contenuti nelle ceneri ad esempio l arsenico e da SO fino ai livelli conseguenti al particolare sistema di desolforazione utilizzato perci si usano catalizzatori con minore apertura dei canali e con composizione differente in quanto in questo caso non risulta critica l ossidazione di SO ad SO3 Questa configurazione presenta l inconveniente che i gas in uscita dall impianto di desolforazione devono essere riscaldati ma pone nello stesso tempo minori vincoli di ingombro soprattutto per soluzioni di retrofitting Particolare cura deve essere posta nell evitare l accumulo di composti silicofluorurati nel sistema Questi composti tendono a formarsi a partire dal fluoro e dalla silice presenti nei fumi per condensazione nello scambiatore di calore rigenerativo essi accumulandosi nel sistema per trafilamento tenderebbero
243. o nei tubi bollitori dove az molto grande sar assai pi elevata nei tubi dei surriscaldatori direttamente irraggiati nei quali a3 minore Per ottenere anche in tal caso una temperatura dei tubi contenuta si aumenta la velocit del vapore per aumentare lo scambio termico con le pareti del tubo e si dispone il complesso dei surriscaldatori in modo che dove il carico termico maggiore il vapore abbia temperatura ta minore 76 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche 3 3 Circolazione dell acqua in caldaia Assicurare una efficace circolazione della miscela acqua vapore nei tubi del vaporizzatore un problema di importanza fondamentale nel progetto di un generatore di vapore in quanto la insufficiente circolazione in un tubo crea un ristagno di bolle di vapore sulla sua superficie interna con conseguente aumento locale della temperatura del metallo Inoltre nelle zone di ristagno del vapore cos come nelle zone di maggiore evaporazione tendono a depositarsi gli ossidi trasportati dall acqua e dal vapore hanno cos inizio fenomeni di incrostazione e corrosione che portano in breve tempo alla rottura del tubo Qualora la circolazione fosse particolarmente insufficiente si correrebbe il rischio di una forte diminuzione del coefficiente di scambio termico fra superficie interna del tubo ed acqua con il raggiungimento per i tubi esposti alla fiamma di temperature inaccettabili per la vita dei tubi stessi L analisi
244. o quando la curva viene descritta nel senso delle entropie crescenti viene tolto quando la curva viene descritta nel senso inverso 1 2 Trasformazione dell acqua in vapore La trasformazione dell acqua in vapore avviene a pressione e a temperatura costante ed rappresentata nel diagramma p v da una retta orizzontale Durante la fase di riscaldamento dell acqua dalla temperatura iniziale di 0 C fino alla temperatura di ebollizione to relativa alla pressione costante po il volume dell acqua aumenta pochissimo da vo a vo e la trasformazione rappresentata dal segmento AB Continuando a somministrare calore l acqua vaporizza e la pressione rimane costante fino alla completa trasformazione dell acqua in vapore il volume aumenta da vo a vo Questa fase di vaporizzazione rappresentata dal segmento BC Fornendo ancora calore si ottiene vapore surriscaldato il volume e la temperatura aumentano e il punto rappresentativo si sposta a destra di C sull orizzontale a pressione costante po Se la trasformazione dell acqua in vapore avviene ad un altra pressione costante pi gt po la sua rappresentazione sul diagramma avverr su un altra orizzontale al di sopra della prima La vaporizzazione inizier ad una temperatura t gt to e a un volume v1 gt v e terminer ad un volume Vi lt vo poich il volume specifico del vapore saturo secco diminuisce con l aumentare della pressione la nuova trasfor
245. o attratti dal gruppo OH sempre presente nella soluzione e combinandosi con esso danno luogo alla formazione di un composto instabile che l idrossido ferroso Fe OH il quale precipita depositandosi nella zona anodica Da quanto detto risulta che il processo anodico e il processo catodico non possono avvenire separatamente Un processo fa da supporto all altro ed il circuito elettrico si chiude attraverso la soluzione elettrolitica La corrosione vera e propria per avviene solo nelle zone anodiche sulle quali prende luogo la dissoluzione del metallo e la formazione di ossido le zone catodiche sono invece sempre protette Molteplici sono le cause che possono creare una differenza di potenziale tra due punti di una struttura metallica immersa nell acqua e presenza di due metalli diversi connessi tra loro effetto pila correnti vaganti di origine esterna piccole disuniformit e impurezze in seno allo stesso metallo differenze di temperatura e tensioni interne che alterano l equilibrio superficiale del metallo concentrazioni differenti di sali e gas in seno all acqua Con il procedere della corrosione e con l accumularsi dei suoi prodotti nelle zone catodiche e anodiche la differenza di potenziale tende a ridursi questo effetto viene chiamato polarizzazione 195 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche In particolare nel caso del ferro l idrogeno gassoso che si sviluppa al catodo tende ad avvolgerlo ed i
246. o da produrre fiamme che formano un vortice il cui centro l asse della camera stessa I terzi si inseriscono sulla parete frontale e su quella posteriore della camera di combustione registro gt f gaoot W AN bruciatore inclinato verso il basso aria primaria e polverino Bruciatore tangenziale ad inclinazione variabile bruciatore inclinato verso l alto 46 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche ere i 7 iCal Liz MIT AA VII ANI it J nni Bruciatori frontali per carbone Capitolo 3 Le centrali termoelettriche Le caldaie a carbone esistenti equipaggiate con i vari tipi di bruciatori raggiungono notevoli potenzialit 108084 uEfnu E sssssss Capacity of existing boilers 48 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche Generatore di vapore UP 142 B amp W Potenza elettrica 1300 MW Pressione vapore SH 26 5 MPa Temperatura vap SH RH 545 538 C Combustibile carbone bituminoso Upper Furnace Wall Headers Reheat Superheater Pendant Wing Secondary walls Superheater Primary Superheater Reheat Superheater Horizontal Mix Headers Flash Tank TI i E put i pil Pulverizers Gas Recirculating Primary Forced Draft Fan Air Fan Fan 600 _ LL Furnace Enclosure CP Enel Economizer 1s
247. o in opera ogni accorgimento al fine di prevenire lo svilupparsi di un incendio o quanto meno di limitarne gli effetti Dipende poi dalla natura del prodotto incendiato la scelta del tipo di intervento da effettuare L estinzione di un incendio pu avvenire a seconda dei casi agendo e sul combustibile mediante la separazione delle sostanze in combustione da quelle non ancora interessate al fenomeno e sul comburente impedendone il contatto con il materiale in combustione ci si ottiene interponendo tra questi un mezzo incombustibile e sulla temperatura raffreddando il materiale in modo da mantenerlo ad una temperatura inferiore a quella propria di accensione 161 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche In una centrale si possono riscontrare diversi casi di incendio e incendi di combustibili liquidi in serbatoi fuori terra si spengono per soffocamento ricoprendo la superficie libera del liquido con uno strato di schiuma e raffreddando contemporaneamente il serbatoio interessato e quelli adiacenti con getti d acqua e incendi di carbone il mezzo pi efficace per il soffocamento ed il raffreddamento della massa che sta bruciando quello di insufflare a mezzo di sonde dell anidride carbonica e incendi di olio lubrificante o dielettrico si interviene con acqua frazionata proveniente da un impianto fisso di spruzzatori Lo spegnimento avviene principalmente per un fenomeno di emulsione ossia lo strato superfici
248. o orizzontale dei gas dopo i banchi del surriscaldatore finale e talora parzialmente anche in quello verticale discendente La regolazione della temperatura del vapore risurriscaldato comporta alcuni problemi perch al diminuire del carico diminuiscono anche la pressione e la temperatura del vapore necessario quindi cedere al vapore una percentuale di calore maggiore che ai carichi pi alti E evidente che proporzionare le superfici di scambio per il carico minimo significa dare ad esse dimensioni eccessive per il carico nominale d altra parte il desurriscaldamento del vapore risurriscaldato un fatto negativo per il rendimento di caldaia Si regola perci la temperatura con l inclinazione variabile dei bruciatori con la ricircolazione dei gas prelevati all uscita di caldaia ed immessi sul fondo della camera di combustione e come ultima azione con l intervento dei desurriscaldatori vapore Desurriscaldatore RARCRAAAARAAAARAAAAAAAAAARAARAAAAAAARAATA AAA Risurriscaldatore 74 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche Facciamo alcune considerazioni sulle modalit di trasmissione del calore in caldaia Prendendo in esame uno scambiatore a convezione ad esempio il surriscaldatore b t o il risurriscaldatore la quantit di calore trasmessa dai fumi al fluido data da Q SAt dove o il coefficiente totale di scambio termico S la superficie di scambio e At la differenza di temperatura t
249. o si ricircola sul circuito di avviamento con tutto il sistema di trattamento del condensato inserito Rame Il rame nel ciclo termico proviene principalmente dal condensatore se questo costituito da tubi di ottone leghe rame zinco o cupronichel leghe rame nichel Se i riscaldatori di alta e bassa pressione sono costituiti da tubi in leghe di rame monel cupronichel anche questi possono contribuire a far aumentare il tenore di rame nel ciclo La corrosione del rame del condensatore avviene principalmente per l azione combinata dell ammoniaca e dell ossigeno Al crescere del tenore di ossigeno diminuisce il valore di ammoniaca a cui inizia l attacco Per effetto dell ossigeno il rame metallico viene ossidato e trasformato in ossido rameoso CuO Quest ultimo reagisce con l idrato d ammonio formando un complesso ionico cuproammoniacale chiamato cuprotetrammina 3 CuO 12 NH4OH 3 Cu NH3 4 OH 9 H20 poco dissociato e che non pu essere determinato con misure di conducibilit 203 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche Per evitare quindi la presenza di rame occorre non superare un certo quantitativo di ammoniaca nell acqua del ciclo 700 ppb cio pH 9 3 Il rame in caldaia depositatosi sotto forma di ossido pu provocare corrosioni dovute a surriscaldamento oppure depositandosi sotto forma di rame metallico pu dar luogo a gravi corrosioni di natura elettrochimica In quest ultimo caso la
250. ocare elevate sovratensioni Se l interruttore si trova a dover interrompere una corrente molto elevata posizione c questa non viene estinta nella fase b ma i contatti continuano ad allontanarsi allungando l arco e questo ostacola al soffio del gas il passaggio Il gas aumenta la sua pressione all interno del pistone raggiungendo valori tali per cui il soffio autogenerato estingue l arco Si nota quindi che la pressione del gas e di conseguenza l intensit del soffio si autoregola in funzione della corrente da interrompere La posizione d corrisponde alla situazione di interruttore aperto rompiarco contatto fisso regolabile camera di interruzione contatto mobile a tulipano pistone fisso asta del contatto mobile a tulipano portacorrente 154 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche I sezionatori sono a rotazione o a pantografo garantiscono la continuit del circuito quando esso chiuso e l isolamento in sicurezza fra le due parti del circuito quando esso non sotto carico ed aperto PS pns T Te ik zi i Sezionatore a rotazione Sezionatore a pantografo Scaricatori ad alta tensione ai morsetti dei trasformatori e alla partenza delle linee garantiscono la protezione contro le sovratensioni Trasformatori di misura di tensione TV e di corrente TA sono utilizzati quali trasduttori per i circuiti di protezione e di regolazione I TV e i TA per alte tensi
251. oi sono circondati da argini in terra o da muri di cemento armato allo scopo di contenere il combustibile che potrebbe fuoriuscire in seguito all incendio e al cedimento di qualche serbatoio Sono previsti impianti antincendio ad acqua e a schiuma su ogni serbatoio Adiacente al parco installata la stazione di trasferimento e pompaggio del combustibile Le pompe sono normalmente del tipo a viti a volume costante Il funzionamento della pompa molto semplice ruotando le viti aprono delle celle nella camera aspirante aumentandone cos il volume e creando una depressione che realizza l autoadescamento Proseguendo la rotazione il dente della vite motrice entra nell incavo della vite satellite creando una camera di lavoro isolata rispetto all aspirazione il volume di tale camera viene trasportato assialmente fino alla camera premente 50 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche Poich il volume della camera di lavoro durante l avanzamento rimane costante non si verificano sbattimenti o punte di pressione che provocherebbero un carico radiale eccessivo sulle viti inoltre la progressiva ed uniforme diminuzione del volume verso il lato premente comprime il liquido senza pulsazioni A monte delle pompe di spinta sono installati filtri a freddo che hanno la funzione di trattenere le impurit pi grossolane esistenti nella nafta Il collettore sulla mandata delle pompe mantenuto ad una pressione costante da una valvo
252. olmente Per i gruppi da 320 MW la turbina composta di due soli corpi il primo congloba le sezioni di alta e media pressione con relative casse interne il secondo comprende la sezione di bassa pressione a doppio flusso con relativa cassa interna Nella turbina Westinghouse vedi figura seguente il corpo AP MP comprende il cilindro esterno il cilindro interno i manicotti di tenuta i compensatori di spinta e i tamburi palettati Tutti i componenti sono ottenuti per fusione e sono in acciaio legato adatto alle alte temperature La struttura a doppio cilindro richiede un collegamento telescopico a tenuta tra i manicotti di entrata del vapore saldati al cilindro esterno e le camere ugelli saldate al cilindro interno Sono pure previsti collegamenti telescopici di tenuta per lo scarico del vapore che torna in caldaia a risurriscaldarsi per l entrata del vapore risurriscaldato e per il primo e il terzo spillamento I tamburi palettati sono collegati al cilindro interno con chiavette orizzontali e verticali che mantengono l esatta centratura e consentono libere dilatazioni differenziali 105 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche Il cilindro esterno AP MP presenta quattro zampe di pezzo con la base disposte simmetricamente rispetto all asse della turbina Le zampe hanno il piano di appoggio in corrispondenza del piano orizzontale assiale della turbina e sono libere di scorrere Il collegamento tra lo scarico del vapore MP e la
253. olo 3 Le centrali termoelettriche Pertanto le previsioni di rendimento per questi impianti PFBC di grande taglia sono dell ordine del 42 44 pressurized coal circulating n fluid bed fluid bed heat exchanger combustor high pressure air Righi steam turbine temperature filters LAM YY stack eat recovery clean gas turbine exhaust gas turbine Sono stati poi costruiti impianti PFBC tra la prima e la seconda generazione che incrementano la temperatura dei gas da inviare alla turbina bruciando gas naturale insieme con i gas ancora ricchi di ossigeno provenienti dal combustore PFB La combustione avviene in un topping combustor che produce gas a pi alta temperatura incrementando cos il rendimento della turbina a gas pressurized coal circulating fluid bed fluid bed heat exchanger combustor high pressure air steam turbine HRSG natural gas eat recovery gt steam generator topping combustor clean gas turbine exhaust gas turbine 241 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche Nei sistemi PFBC pi avanzati di seconda generazione vi un gassificatore del carbone carbonizer alimentato da aria in pressione proveniente dal compressore del turbogas L aria in pressione va anche al combustore a letto fluido i gas che qui vengono prodotti e che hanno un certo contenuto di ossigeno servono dopo filtrazione come comburente per il gas di si
254. oltanto dopo che ad un elettrodo detto gate stato dato un impulso di corrente 193 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche Alimentando l anodo principale del thyristor con tensione sinusoidale e variando la fase dell impulso di corrente inviato al gate si pu ottenere che vengano raddrizzate per cos dire delle fette di sinusoide Con questo sistema quindi si pu ottenere una tensione raddrizzata che ha un valore medio variabile tra un valore minimo circa 0 e un valore massimo ceiling che dipende sostanzialmente dalla tensione secondaria del trasformatore di alimentazione La presenza del diodo RC detto diodo di ricircolo oltre che da ragioni di dimensionamento dei thyristor pu essere determinata dalla necessit di evitare fenomeni di mancata commutazione sbarre 6 kW trasform eccitazione Regolat tensione 194 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche 10 Problemi chimici 10 1 Corrosione nei generatori di vapore Sotto il nome di corrosione si comprendono genericamente tutti i processi distruttivi a cui vanno soggetti i metalli con il concorso dell ambiente in cui essi si trovano ad operare e che comportano fondamentalmente un ossidazione dei metalli stessi Si tratta sovente di fenomeni molto complessi che si manifestano in circostanze e sotto forme varie delle quali non sempre possibile formulare un adeguata spiegazione Si pu distinguere fra corrosione ele
255. oluzione indefinitamente e la presenza di ossigeno disciolto nell acqua che pu provocare la seguente reazione elettrochimica O2 2 H20 4e gt 4 OH Tale processo viene chiamato riduzione catodica dell ossigeno Questi ossidrilioni possono reagire con gli ioni idrogeno presenti al catodo e formare acqua H 0H H 0 Pertanto l ossigeno un depolarizzatore catodico cio si oppone alla creazione sulla zona catodica di un film di H2 che innalza il potenziale catodico impedendo un ulteriore proseguimento della corrosione e l aerazione differenziale in cui aree ad alta e bassa concentrazione di ossigeno qualora siano elettricamente interconnesse si comportano come elettrodi di una cella elettrolitica chiamata cella di concentrazione In particolare la zona meno aerata si comporta da anodo e si corrode I prodotti della corrosione formano sulla superficie del ferro delle pustolette porose attraverso le quali l ossigeno si diffonde pi lentamente Il fenomeno viene cos esaltato e la corrosione prosegue pi rapidamente in profondit formando le classiche vaiolature dette comunemente pitting che possono provocare anche la perforazione di pareti metalliche di grande spessore 196 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche e la presenza di anidride carbonica che disciolta nell acqua forma acido carbonico L acido carbonico reagisce direttamente con il ferro formando bicarbonato ferroso solubile il
256. ome SNCR selective non catalytic reduction Il processo SNCR consente di ottenere riduzioni di NO del 50 60 ma la sua applicazione su scala industriale delicata poich l intervallo di temperatura in cui le reazioni di abbattimento sono molto attive limitato 900 1100 C e se le condizioni di processo non sono accuratamente controllate si possono facilmente formare sottoprodotti indesiderati come il protossido di azoto N20 inoltre l ammoniaca pu formare nelle parti pi fredde del generatore di vapore fastidiosi depositi di solfato e bisolfato di ammonio D Denitrificazione negli impianti turbogas Una tecnologia applicata commercialmente per prevenire la formazione degli NO nelle turbine a gas consiste nell iniezione di acqua o vapore nella camera di combustione A causa dell aumento di massa dei fumi questo sistema permette l aumento della potenza generata ma comporta una perdita di efficienza un aumento delle emissioni di CO e la fluttuazione della pressione nei bruciatori che si traduce in un aumento dello stress meccanico a cui sono sottoposti questi componenti Peraltro l adozione del sistema richiede per applicazioni di potenza l utilizzo di grandi quantit di acqua che possono non essere disponibili localmente Sono stati sviluppati anche sistemi secchi di combustione a bassi NOx DLN Dry Low NO combustion systems il principio su cui si basano il controllo della temperatura di fiamma a
257. on contiene zolfo ed olio avente tenore di zolfo pi elevato dello 0 25 ma tale da garantire nella combustione mista olio gas il rispetto della normativa senza dover ricorrere all installazione di impianti di desolforazione 2 Interventi di tipo impiantistico Essi comportano installazione di impianti di desolforazione dei fumi a valle della combustione L ENEL fin dal 1986 quando stato varato il Progetto Ambiente ha adottato per le proprie centrali termoelettriche le seguenti modalit d intervento interventi di tipo gestionale nelle centrali in cui previsto l impiego di olio combustibile e gas naturale interventi di tipo impiantistico installazione di impianti di desolforazione nelle centrali in cui previsto l impiego del carbone Per gli impianti di desolforazione dei fumi stato scelto il processo ad umido calcare gesso acqua prelavaggio Prescrubber Torre Precipitat assorb elettrost sospensione i C l calcare mp i D l ventilatore camino ventilatore aspirante DeSOx premente L impianto di desolforazione DeSOx scelto dall ENEL composto dai seguenti sistemi e Sistema di pretrattamento dei fumi I fumi in uscita dal precipitatore elettrostatico pervengono ad uno scambiatore di calore rigenerativo GAVO gas vorw rmer dove subiscono un primo raffreddamento Essi vengono poi inviati ad un prescrubber per la saturazione con v
258. one di rotori a pi giranti il cui numero deve essere il minore possibile al fine di limitare la lunghezza d albero ed ottenere una buona rigidit del rotore Le giranti sono montate una di seguito all altra in anelli che contengono anche i diffusori e le guide radiali di adduzione dell acqua alla girante successiva Le elevate velocit di funzionamento riducono il numero e le dimensioni delle giranti 130 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche Il corpo pompa costruito in modo da consentire un facile smontaggio Le pompe tipo barrel hanno il corpo racchiuso in un cilindro di acciaio forgiato che porta gli attacchi di aspirazione e di mandata ed i supporti di appoggio Un problema di notevole importanza quello dell equilibratura della spinta assiale originata dalla elevata pressione di mandata Nelle pompe tipo barrel la soluzione consiste nel riportare sull albero un disco di equilibrio che comunica tramite una intercapedine con la camera dell ultima girante in modo tale che l acqua agisca con la sua pressione sul disco creando una forza contraria alla spinta assiale Le alte velocit e pressioni in gioco creano non pochi problemi per quanto riguarda le tenute sull albero Sono per lo pi adottate tenute meccaniche la superficie piana di un anello rotante di acciaio inossidabile aderente all albero della pompa viene tenuta a contatto della superficie piana di un anello di grafite fissato sul premistop
259. oni di tonnellate Produzione nazionale 4 8 5 6 Libia 20 0 24 9 Russia 15 9 19 7 Africa Libia esclusa 11 3 14 1 Iran 9 3 11 5 Arabia Saudita 8 5 10 5 Medio Oriente Iran e Arabia Saud esclusi 8 1 10 Europa Ta 9 3 Totale 85 4 Gas naturale Milioni di m Produzione nazionale 14 6 19 7 Algeria 20 7 34 9 Russia 18 7 31 6 Olanda 8 4 14 2 Nigeria 4 1 6 9 Libia 3 1 5 1 Norvegia 2 8 4 8 Medio Oriente 1 5 259 Totale 73 9 Carbone Milioni di tonnellate Sud Africa 3 9 19 2 USA 3 2 15 8 Australia 3 2 15 7 Colombia 2 8 13 9 Indonesia 2 8 13 7 Cina 1 2 5 9 Venezuela 1 2 5 9 Russia 1 1 5 7 Polonia 0 8 4 2 Totale 20 2 34 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche Osservando il grafico e le tabelle precedenti a parte le considerazioni riguardanti l utilizzo della fonte nucleare sembrerebbe naturale rivolgersi al carbone come fonte alternativa Senza dubbio gli impianti a carbone soddisferebbero le esigenze di contenuti costi di produzione come pure di ridotta variabilit del prezzo del combustibile che molto pi stabile e ragionevolmente meno influenzato dai rischi politici legati all approvvigionamento rispetto all olio combustibile e al gas Il carbone deve per confrontarsi con una diffusa avversione dell opinione pubblica bench le nuove tecnologie di produzione di energia e trattamento dei fumi garantiscano anche a questi impianti livelli di emissioni inferiori ai limiti di legge Il carbone
260. oni sono di solito monofasi una terna di entrambi viene installata su ciascuna sbarra sui montanti di macchina e su quelli di linea 155 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche 7 4 Circuiti in corrente continua Il sistema in corrente continua di una moderna centrale termoelettrica comprende tre circuiti separati ed indipendenti con alimentazione propria e con tensione diversa e sistema a 220 V che alimenta i carichi di potenza costituiti da apparecchiature che intervengono in caso di mancanza di corrente alternata motori di emergenza in corrente continua ed illuminazione di emergenza Nel funzionamento normale questo sistema non eroga corrente ma in condizioni di disservizio chiamato a sopportare carichi elevati e sistema a 110 V che alimenta i comandi degli interruttori a 6 kV e a 380 V i sistemi di protezione i sistemi di segnalazione e gli automatismi Questo sistema sempre sottoposto ad un certo carico ed in caso di scatto del gruppo deve sopportare punte di richiesta dovute all intervento degli interruttori ed alla partenza degli automatismi e sistema a 12 V e 24 V che alimenta i circuiti transistorizzati con i quali sono realizzati i comandi e le protezioni Questo sistema caratterizzato dalla presenza continua di carico Lo schema elettrico dell alimentazione ai circuiti in corrente continua identico per il sistema a 220 V e per quello a 110 V vedi figura seguente Esso riguarda l alimentazione rel
261. ori Il sistema di eccitazione dell alternatore composto dalle apparecchiature che producono la corrente continua necessaria per l avvolgimento rotorico e dai circuiti di regolazione di tale corrente I principali requisiti di questo sistema devono pertanto essere tali da soddisfare le necessit di una elevatissima sicurezza di funzionamento e di una pronta risposta nei transitori Il compito del sistema di eccitazione quello di mantenere costante la tensione ai morsetti dell alternatore e di regolare l energia reattiva che la macchina genera o assorbe al variare delle condizioni di funzionamento La tensione ai morsetti nel funzionamento da vuoto a pieno carico a causa dell aumento della caduta interna della macchina subisce una diminuzione proporzionale all impedenza dell alternatore e alla corrente erogata Per ristabilire la tensione V ai morsetti al valore nominale occorrer agire sulla corrente di eccitazione ed aumentare la f e m E generata Con l alternatore funzionante in rete il sistema di eccitazione per mantenere costante la tensione ai morsetti dovr fornire pi corrente al campo in caso di carichi induttivi mentre dovr funzionare in condizioni di sottoeccitazione con carichi di natura capacitiva Il circuito che controlla e regola la tensione dell alternatore pu essere rappresentato con lo schema a blocchi della figura seguente Il valore del set point di tensione dato dal riferimento
262. osiva l olio scaricato dai due lati delle tenute viene mantenuto in un primo tempo separato e convogliato in due diversi serbatoi nei quali avviene la separazione della maggior quantit di gas successivamente i due circuiti si riuniscono e l olio viene immesso tramite spruzzatori nel serbatoio sotto vuoto nel quale avviene una ulteriore separazione di eventuali gas ancora presenti I gas sono espulsi tramite un tubo di aspirazione Il serbatoio collegato tramite un sifone alla cassa olio turbina In caso di emergenza l alimentazione dell olio fornita da una pompa trascinata da un motore in corrente continua Il percorso dell idrogeno lungo i canali assiali nel pacco statorico e nel traferro avviene dalle due estremit al centro della macchina dove viene raccolto ed inviato ai refrigeranti La prevalenza necessaria viene fornita da un ventilatore centrifugo calettato ad una estremit del rotore Il raffreddamento diretto dei conduttori ottenuto tramite appositi canali ricavati all interno dei conduttori stessi protezione antieffluvio lacca antieffiuvi isolamento Micadur isolamento contro massa spessori isolanti rame fasciatura filo vetro canale di ventilazione spessore intermedio lacca antieffluvi bietta barra statorica a refrigerazione barra statorica con barra rotorica con interna con idrogeno raffreddamento interno a liquido raffreddamento diretto ad idrogeno Le fasi pi de
263. oso condizionamento dell acqua in caldaia impurezze presenti possono alterare l equilibrio della reazione ferro acqua dando luogo a fenomeni secondari che si traducono in elevati spessori di magnetite disposti in maniera irregolare lungo le pareti delle tubazioni Tale fenomeno porta a dannosi inconvenienti traducendosi in una diminuzione del coefficiente di trasmissione del calore surriscaldamento della superficie esterna del tubo creep del materiale Gli inconvenienti possono essere notevolmente ridotti ricorrendo ad una pulizia periodica dei tubi mediante lavaggio acido al fine di ripristinare lo strato compatto e uniforme di magnetite Il lavaggio acido di una caldaia viene generalmente preceduto da un trattamento preliminare trattamento interfacciale che ha lo scopo di agire sulla superficie tra metallo e deposito predisponendo il deposito stesso ad un migliore attacco acido La magnetite che il componente predominante nei depositi riscontrati nei tubi un composto chimico molto stabile di fronte all azione degli acidi degli alcali e delle sostanze ossidanti in genere e quindi anche agendo a temperatura elevata difficile procurarne la solubilizzazione Il trattamento preliminare si rende indispensabile qualora nei depositi riscontrati nelle caldaie si noti un tenore di rame superiore al 10 e la presenza di silice e silicati I procedimenti adottati per la rimozione del rame si basano tutti sull uso di energici
264. ossidanti clorati persolfati nitriti bromati in soluzione ammoniacale Dopo il trattamento preliminare e la conseguente eliminazione dei depositi di silice silicati e rame la caldaia viene sottoposta a trattamento acido al fine di completare la dissoluzione dei depositi e di predisporre le superfici pulite al nuovo trattamento di passivazione del ferro Il trattamento acido pu essere effettuato sia con acidi inorganici che con acidi organici fra i primi l acido solforico il cloridrico il fluoridrico fra i secondi il citrico il sulfammico l idrossiacetico il formico Il meccanismo di reazione di tali acidi si pu riassumere nelle seguenti formule si prende in considerazione come esempio l acido cloridrico Fe304 8 HCI 2 FeCl FeCl 4 H2O Fe203 6HC1 gt 2 FeCl 3 H2O CaCO 2 HCI gt CaCl i H2O CO 207 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche Per impedire che l acido reagisca con il ferro metallico secondo la reazione Fe 2HCl FeCL H si introducono nella soluzione acida particolari inibitori i quali impediscono il procedere di tale reazione senza ridurre la velocit di reazione tra acido e ossidi Gli inibitori anodici catodici di assorbimento sono in genere costituiti da composti organici complessi ammine solfuri di etile butile propile metile dibutile tiourea aldeidi acido etilendiamminotetracetico EDTA I parametri a cui si deve prestare attenzione durante il trattamento ac
265. osto dal funzionamento ad alta pressione dei generatori di vapore viene effettuato con l impiego di idrato d ammonio NH4OH dosato al fine di ottenere un pH di 9 9 2 in presenza di scambiatori con fasci tubieri in leghe di ferro o di rame Nei cicli ove i componenti metallici sono costituiti esclusivamente da leghe di ferro si considera solo il valore di corrosione del ferro che comporta l adozione di un pH compreso tra 9 5 e 9 7 L influenza dell ammoniaca nel mantenimento del pH dovuta alla reazione di dissociazione con rilascio di ioni OH NH4OH NH4 OH La funzione alcalizzante esplicata anche dall idrazina L idrato di idrazina infatti una sostanza basica debolmente dissociata N Hs0OH N Hs OH L effetto alcalizzante per dovuto al fatto che l idrazina si decompone gi a partire da 100 C in azoto e ammoniaca secondo la reazione 3 N2H4 gt 4 NH3 Na A temperatura superiore a 200 C la reazione diventa la seguente 2 N2H4 gt 2NH3 H3 N 205 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche Inoltre l idrazina un deossi enante chimico secondo la reazione 8 N H4 O2 gt N2 2 H2O Tale reazione comincia ad avvenire fra 60 C e 80 C a pH 9 e con temperatura superiore a 100 C essa molto veloce e spostata a destra Infine l idrazina passivante perch favorisce la formazione di uno strato di magnetite Fe304 sottile e omogeneo e perfettamente aderente alle paret
266. oziente tra il consumo di calore e l energia elettrica prodotta durante l intervallo di tempo considerato misurata al punto di uscita verso la rete escludendo quindi l energia elettrica assorbita dai servizi ausiliari di centrale e le perdite nei trasformatori di centrale 23 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche Il valore globale del rendimento netto di una sezione termoelettrica tradizionale da 320 MW al massimo carico si aggira intorno al 40 con un consumo specifico netto di circa 2150 kcal kWh Tat Rendimento parziale alla progressivo 768MWw 722 MW 325 MW 320 MW 304 MW Il rendimento diminuisce al diminuire del carico poich si modifica il ciclo termico per la diminuzione delle temperature e delle pressioni rispetto ai valori nominali consumo specifico netto di unit keal kwh carico 160 200 240 280 320 MW 24 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche Bilancio termico progettuale di una unit termelettrica tradizionale da 320 MW Pressione Temperatura Entalpia Portata ata C kcal kg kg h Vapore SH ammissione turbina 170 538 811 8 1 023 300 Vapore 1 spillamento ingresso R7 75 9 768 106 965 Vapore scarico turbina AP RH freddo 37 7 Vapore 2 spillamento ingresso R6 36 6 725 6 80 905 Vapore ingresso turbina MP RH caldo 34 538 844 5 788 785 Vapore 3 spillamento ingresso R5 16 4 794 4 4
267. pa mediante l azione di una molla pure ruotante con l albero della pompa Le due superfici a contatto sono rese lisce mediante lappatura in modo da impedire anche il minimo trafilamento di liquido tra le parti aderenti Un anello di gomma sintetica o teflon impedisce trafilamenti fra albero e anello rotante un secondo anello di gomma sintetica assicura invece la tenuta fra la scatola del premistoppa e l anello fisso di grafite Poich l attrito fra le superfici a contatto porterebbe ad un rapido deterioramento necessario provvedere a raffreddare e lubrificare le superfici ci si ottiene inviando acqua dalla mandata delle pompe estrazione condensato La regolazione della portata effettuata variando il numero di giri della pompa alimento Se la pompa trascinata da una turbina a vapore ausiliaria la variazione dei giri attuata dal sistema di regolazione della turbina Se la pompa trascinata da un motore elettrico si inserisce un giunto meccanico moltiplicatore di giri ad esempio un giunto epicicloidale e si alimenta a frequenza variabile il motore oppure si prevede un giunto idraulico tra moltiplicatore di giri e pompa alimento 131 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche gt Alimentazione del motore elettrico della pompa alimento a frequenza variabile L azionamento del motore elettrico a frequenza variabile ottenuto con l adozione di un convertitore Il convertitore alimentato tramite un trasform
268. pore saturo entalpia dell acqua all uscita dell economizzatore coefficiente di trasmissione per irraggiamento temperatura assoluta dei fumi temperatura assoluta media di parete Con gli usuali valori di k Tre Tp il carico termico specifico Q S circa 200 000 kcal m h Quindi la superficie dell evaporatore in m risulta essere _ 4 h G ETA 200 000 85 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche Il surriscaldatore in generale suddiviso in due parti di alta temperatura che ad irraggiamento e a convezione e di bassa temperatura che a convezione In prima approssimazione si pu ritenere che il calore totale di surriscaldamento hu h G si ripartisca tra i due surriscaldatori di alta e di bassa temperatura in parti uguali Per semplicit si pu supporre anche che il calore assorbito dal surriscaldatore di alta temperatura si ripartisca in parti uguali nella parte ad irraggiamento e in quella a convezione La superficie del surriscaldatore di alta temperatura ad irraggiamento si ricava come per l evaporatore S irragg 1 sy h G RIF 4 200 000 La superficie del surriscaldatore di alta temperatura a convezione si ricava dalla formula S convez _ 1 Asy h G di 4 a At La superficie del risurriscaldatore si ricava dalla formula analoga Aru Ba hey Gry SS Hi GAL on coefficiente di trasmissione del calore fumi tubo fluido circa 80 kcal m h C Atm di
269. portata vapore risurriscaldato hsH entalpia vapore surriscaldato ha entalpia acqua alimento ingresso economizzatore hruo entalpia vapore risurriscaldato caldo uscita caldaia hrut entalpia vapore risurriscaldato freddo entrata caldaia Il rendimento di caldaia pu essere determinato utilizzando due diverse metodologie e metodo diretto e metodo indiretto Nel metodo diretto si determinano Q e Q2 e quindi il rapporto Q2 Q1 Nel metodo indiretto si determinano invece le singole perdite e il rendimento dato da n 100 perdite Come si pu notare per una accurata determinazione del calore Q prodotto dalla combustione e del calore Qz trasferito dalla caldaia al fluido richiesta la conoscenza delle portate del combustibile del vapore surriscaldato e del vapore risurriscaldato Le misure di portata come si sa sono affette da errori significativi che influenzano notevolmente il calcolo del rendimento di caldaia che di per s molto elevato e superiore al 90 Ne segue che il rendimento determinato con il metodo diretto meno preciso della misura delle perdite perci nella pratica comune si preferisce adottare il metodo indiretto 57 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche Le norme ASME American Society of Mechanical Engineers prendono in considerazione le seguenti perdite e perdita di calore nei fumi secchi detta anche perdita per calore sensibile nei fumi al camino e perdita di calore per acqua n
270. possibile in particolari condizioni un funzionamento in cui la caldaia era il componente pilota e la turbina adeguava la propria potenza al carico termico da essa prodotto regolazione turbina segue Attualmente si adotta invece la regolazione coordinata essa deriva dalla constatazione che negli impianti termici opportuno sfruttare l energia immagazzinata nell impianto per far fronte alle esigenze variabili della rete Infatti il sistema di regolazione coordinata durante i transitori di carico facilita l esercizio del gruppo fornendone la migliore risposta dinamica Il funzionamento in coordinata si basa sull elaborazione a monte di un segnale principale di richiesta carico a valle un complesso di regolatori agisce in modo da equilibrare i segnali di richiesta a quelli di generazione mantenendo ai valori desiderati la pressione e la temperatura del vapore e il rapporto aria combustibile L elaborazione del segnale principale richiede e l impiego di un programmatore del carico sul quale l operatore stabilisce il valore del carico finale o carico base che l unit deve fornire e l impiego di un gradiente di carico MW min con cui l unit deve raggiungere il valore del carico richiesto e l eventuale partecipazione dell unit alla regolazione frequenza potenza della rete e la variazione massima e minima di carico che l unit pu assumere intorno al carico base seguendo la richiesta del dispacciatore
271. pponendo tutte le parti degli impianti interamente in efficienza e una disponibilit ottimale di combustibile e di acqua di raffreddamento La potenza efficiente lorda o netta se misurata rispettivamente ai morsetti dei generatori elettrici degli impianti o all uscita degli impianti stessi Potenza nominale ed efficiente degli impianti termoelettrici italiani al 31 dicembre 2003 secondo il tipo di impianto Potenza nominale Potenza efficiente Sezioni Motori primi Generatori lorda netta n MW MVA MW MW A Impianti con sola produzione di energia elettrica a combustione interna 546 483 7 599 1 467 8 453 3 a turbine a gas 65 4 316 7 5 123 9 4 274 2 4 236 0 a vapore a condensazione 196 34 553 7 40 233 2 34 417 5 32 572 17 a ciclo combinato 18 6 720 4 8 442 9 5 955 0 5 8412 turboespansori 22 99 6 123 2 96 1 93 5 altri 7 95 6 117 5 95 1 92 5 Totale A 854 46 269 7 54 639 9 45 305 8 43 289 2 B Impianti con produzione combinata di energia elettrica e calore a combustione interna 400 522 4 646 0 511 0 501 6 a turbine a gas 148 889 1 1 113 5 877 9 864 9 a ciclo combinato 96 7 541 3 9 163 7 7 313 7 7 210 1 a vapore a contropressione 280 2 027 9 2 564 2 1 958 8 1 858 2 a vapore a condensaz e spillam 108 2 495 4 3 160 6 2 447 7 2 322 7 Totale B 1 032 13 476 0 16 648 0 13 109 1 12 757 5 Totale impianti A B 1 886 59 745 7 71 287 9 58 414 9 56 046 7 Impianti geotermoelettrici 37 862 0 1 008 8 70
272. pportune correzioni per compensare gli scostamenti dei parametri dai valori di progetto si risale al consumo specifico di collaudo Il consumo specifico lordo di turbina sar dato dal rapporto tra calore posseduto nell unit di tempo dal vapore entrante in turbina somma delle portate del vapore all ammissione e alla riammissione moltiplicate per i rispettivi salti entalpici e potenza sviluppata Per determinare queste grandezze viene installata una strumentazione di precisione atta a rilevare le temperature e le pressioni dei fluidi in ingresso e in uscita dalla turbina e dai riscaldatori del condensato e dell alimento Per calcolare le singole portate si parte dalla misura della portata del condensato all ingresso del degasatore effettuata con boccaglio tarato Le portate degli spillamenti vengono ricavate tramite bilanci termici ai riscaldatori 98 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche La misura di tutte le fughe pi importanti sfuggite da valvole e da tenute interne di turbina eseguita mediante diaframmi o ricavata dai valori forniti dal costruttore Viene infine rilevata la potenza elettrica fornita dall alternatore e quella assorbita dai servizi ausiliari L elaborazione delle misure eseguite durante la prova permette di ricavare entalpie ed entropie necessarie all esecuzione dei bilanci termici Da notare che non possibile ricavare lo stato del vapore allo scarico della turbina BP e di quello spillato per
273. ppresentano lo stato fisico iniziale e quello finale Nella trattazione delle centrali termoelettriche il fluido che interessa l acqua allo stato di liquido e di vapore Le trasformazioni termodinamiche compiute sono le seguenti e trasformazioni a pressione costante isobariche e trasformazioni a volume costante isometriche o isocore e trasformazioni a temperatura costante isotermiche e trasformazioni senza scambio di calore con l esterno adiabatiche Le trasformazioni di un fluido sono rappresentate graficamente da particolari diagrammi in ciascuno dei sistemi di coordinate prescelte Si hanno cos e i diagrammi p v se le coordinate scelte a rappresentare lo stato fisico del fluido sono la pressione ordinate e il volume ascisse e idiagrammi entropici T s se le coordinate sono la temperatura assoluta ordinate e l entropia ascisse e il diagramma di Mollier h s se le coordinate sono l entalpia ordinate e l entropia ascisse Nei diagrammi p v le trasformazioni isobariche sono rappresentate da rette parallele all asse delle ascisse le trasformazioni isometriche da rette parallele all asse delle ordinate le trasformazioni isotermiche per l aria e il vapor d acqua surriscaldato da rami di iperbole equilatera con asintoti coincidenti con gli assi delle coordinate e che si allontanano da questi all aumentare della temperatura Le isotermiche per il vapor saturo sono invece rette paral
274. primono al liquido che giunge nella camera a vortice un moto rotatorio in uscita dall orificio il liquido sottoposto a due forze una di direzione assiale ed una radiale per cui si scompone in minutissime particelle che penetrano nella camera di combustione formando un getto di forma conica pi o meno allargato a seconda di quale delle due forze prevalente Poich la regolazione della portata e quindi della pressione della nafta non possibile se non in un campo ristretto dal momento che al diminuire della pressione diminuisce l efficacia dell atomizzazione sono stati adottati atomizzatori meccanici con ritorno a tale scopo stato praticato nella camera a vortice un foro in posizione opposta a quello di uscita comunicante con un tubo collegato a un collettore dotato di valvola di regolazione Scopo di questo circuito detto di ritorno di mantenere nella camera a vortice una portata di nafta costante o addirittura crescente con il diminuire della portata attraverso l ugello di uscita Negli atomizzatori a polverizzazione con fluido ausiliario V energia necessaria per l atomizzazione viene fornita in parte dal fluido ausiliario che generalmente costituito da aria in pressione o da vapore saturo secco o leggermente surriscaldato La costanza delle caratteristiche del getto nebulizzato viene assicurata mantenendo fissa la differenza di pressione tra il fluido ausiliario e la nafta Il combustibile perviene all ugello tr
275. proco del titolo del vapore all uscita dei tubi bollitori Se il rapporto di circolazione si abbassa troppo si rischia di entrare nel campo della riduzione del coefficiente di scambio termico tra metallo e fluido circolante all interno dei tubi con superamento della soglia DNB I costruttori danno dei valori indicativi minimi di rapporto di circolazione R in funzione della pressione di funzionamento R 32 28 24 20 16 12 la 4 0 40 80 120 160 bar p Il vapore prodotto si raccoglie nel corpo cilindrico che costituito da un grosso collettore di forma cilindrica disposto orizzontalmente nella parte superiore della caldaia Il corpo cilindrico ha la funzione di separare il vapore prodotto nei tubi schermo dall acqua che ridiscende nei tubi di caduta per iniziare un nuovo percorso nel vaporizzatore Poich il vapore che proviene dagli schermi contiene ancora una certa quantit d acqua nel corpo cilindrico vi sono dei dispositivi che provvedono a trattenerla assicurando la produzione di vapore saturo secco sono i cosiddetti cicloni nei quali il vapore assume un movimento vorticoso e abbandona le gocce d acqua che la forza centrifuga spinge verso l esterno Allo scopo di eliminare le impurit trasportate dall acqua esiste una tubazione denominata spurgo continuo attraverso la quale si preleva una quantit regolabile di acqua dal corpo cilindrico e la si scarica all esterno 78 Capitolo 3 Le centrali
276. q contollo conducibilit dal reticolo all impianto di trattamento acque meteoriche acque acide alcaline 163 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche e Acque contenenti scarichi acidi o alcalini tali acque provengono da lavaggi e dalla rigenerazione delle resine dell impianto di demineralizzazione dei letti misti del trattamento condensato e dei sistemi di polishing Powdex dal lavaggio acido della caldaia dal lavaggio dei preriscaldatori Ljungstr m dei precipitatori elettrostatici della ciminiera L impianto di trattamento di queste acque costituito da una prima vasca di neutralizzazione con latte di calce In una seconda vasca di reazione viene raggiunto il pH ottimale per la precipitazione dei fanghi con aggiunta di polielettrolita ed idrato ferrico per favorire la flocculazione Il liquido cos trattato viene inviato in un chiarificatore e passa infine in una vasca di correzione del pH e di controllo finale L acqua all uscita pu essere inviata al canale di scarico o pu essere recuperata r fanghi dall impianto biologico calce r __T _______cr_r_r__ _ _ __r___ ia cloruro ferrico polielettrolita chiarificazione calce serbatoio accumulo grov y V 1 ero Se l 3 g dalle vasche met flocculazione I A 7 va API il Il WO T F E PE j raccolta acqua scarico fangt PR uc M H 4 dal reticolo l acque
277. quale pu anche in presenza di ossigeno ossidarsi a ferrico Il bicarbonato ferroso si pu ulteriormente scindere liberando anidride carbonica e depositando ossido di ferro insolubile Fe 2 HCO gt Fe HCO T H2 Fe HCO gt FeO 2 CO H20 Dalla teoria di Nernst considerando le reazioni fondamentali che avvengono nel fenomeno corrosivo del ferro ed i potenziali elettrochimici relativi si ottiene che la condizione di equilibrio alla quale non si ha processo di corrosione si realizza a pH 9 7 cio in campo nettamente basico Occorre quindi mantenere artificialmente il pH dell acqua di caldaia intorno a questo valore alcalinizzando opportunamente l acqua stessa con sostanze a caratteristiche basiche quali Na2CO3 NaOH Na3POz NH40H N H50H Supponendo di eliminare completamente tutte le cause di corrosione del ferro a bassa temperatura la corrosione della caldaia avverrebbe ugualmente per il fatto che il deposito di Fe OH prodotto dalla corrosione non resisterebbe alle alte velocit dell acqua nei tubi Intervengono invece alle temperature di esercizio delle caldaie altri fenomeni di protezione del ferro Infatti nel campo di temperature comprese fra 200 C e 570 C avvengono delle reazioni di trasformazione dell idrato ferroso in magnetite Fe304 secondo l equilibrio 3 Fe OH Fe304 2H 0 H2 Lo sviluppo di idrogeno si manifesta fino a quando viene raggiunto un determinato equilibrio dipendente dalla te
278. r attrito che dipendono dalle velocit c Wo sono inferiori Infatti a pari velocit periferica u risulta u u i _ per le turbine a reazione k Cosa Pp 2u Cc per le turbine ad azione COSO 99 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche e riduzione delle perdite per ventilazione poich la differenza di pressione tra monte e valle della girante porta necessariamente all ammissione lungo tutta la periferia della girante Esse presentano per i seguenti svantaggi e negli elementi ad alta pressione l ammissione lungo tutta la periferia della girante a causa delle alte velocit di efflusso e del basso volume specifico del vapore comporta sezioni di efflusso estremamente piccole e di conseguenza altezze delle palette inaccettabili e il rendimento volumetrico legato alle fughe di vapore tra stadio e stadio minore di quello delle turbine ad azione e la differenza di pressione tra le sezioni di ingresso e uscita delle giranti comporta una notevole spinta assiale che deve essere opportunamente equilibrata mediante accorgimenti costruttivi Le turbine impiegate nelle centrali termoelettriche ENEL hanno potenze standard di 320 e 660 MW con pressioni all ammissione di circa 170 kg cm per gli impianti subcritici e circa 250 kg cm per quelli ipercritici la temperatura all ammissione e alla riammissione di 538 565 C e la pressione allo scarico di 0 03 0 06 ata Lo sfruttamento di simili ca
279. ra alternatore trasformatore principale e trasformatore dei servizi ausiliari effettuato tramite condotti sbarre a fasi segregate di tipo corazzato e di elevata sezione I condotti sbarre consistono in sistemi di sbarre in cui il conduttore di ogni singola fase amarrato ad isolatori in porcellana contenuto a distanza di isolamento in un involucro metallico amagnetico messo a terra concentrico al conduttore I vantaggi che si ottengono sono la riduzione della probabilit dei cortocircuiti polifasi e la riduzione dell entit degli sforzi elettrodinamici in condizioni di cortocircuito a causa delle correnti indotte negli involucri Le sbarre conduttrici sono costituite da profilati a C affacciati per portate fino a 7000 A per portate superiori si usano profilati semiottagonali affacciati Il materiale impiegato costituito da alluminio ad elevato grado di purezza Per compensare le dilatazioni sono previsti degli speciali giunti Per quanto riguarda l alimentazione dei servizi ausiliari nella figura seguente rappresentato lo schema unificato per due gruppi da 320 MW Dal montante di macchina dei gruppi del tipo rigido si derivano due trasformatori dei servizi ausiliari ITA1 1TA2 che alimentano ciascuno un tronco di sbarre a 6 kV La suddivisione della alimentazione dei servizi ausiliari in due tronchi una scelta opportuna in quanto consente di ridurre il dimensionamento degli interruttori se infatti si concentrasse tutta
280. ra di combustione in quanto al crescere della potenzialit e della pressione della caldaia diminuiscono le calorie necessarie per la vaporizzazione e quindi il calore da cedere all acqua nei tubi del vaporizzatore Il fluido nelle serpentine pu circolare in equicorrente o in controcorrente rispetto ai gas Normalmente il sistema equicorrente viene impiegato per poter meglio raffreddare il metallo delle serpentine a contatto con i fumi a pi alta temperatura In controcorrente il fluido da riscaldare viene posto inizialmente a contatto con la zona finale dove i fumi sono meno caldi in tal modo si ottiene il raffreddamento massimo del fluido riscaldante e nel contempo una elevata differenza di temperatura tra i due fluidi a vantaggio dello scambio termico Tra i surriscaldatori primario e secondario inserito un attemperatore o desurriscaldatore costituito da un tubo attraversato dal vapore nel quale tramite un iniettore pu venire spruzzata acqua di alimento che abbassa la temperatura del vapore se questa supera il valore prestabilito Il vapore in uscita dal surriscaldatore finale confluisce in collettori dai quali si dipartono le tubazioni di collegamento con la turbina Dopo una prima parziale espansione nella turbina il vapore ritorna in caldaia per risurriscaldarsi 73 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche Il risurriscaldatore formato da banchi di serpentine in controcorrente ed generalmente sistemato nel condott
281. ra fumi e fluido da riscaldare Il coefficiente totale di scambio termico a dipende dalla conducibilit termica del materiale costituente i tubi degli scambiatori e dai coefficienti di scambio a fumi parete e as parete fluido 1 1 1 1 pig dA A Q Il coefficiente a vale s dove s lo spessore della parete Il coefficiente a molto elevato se si in presenza di un passaggio di stato nei vaporizzatori a3 uguale a circa 10 000 kcal m h C mentre assai minore per l acqua e per il vapore secco nel qual caso dipende anche dalla velocit del fluido Il coefficiente a in genere pi basso 30 60 kcal m h C se si considera la sola trasmissione per convezione da parte dei fumi Se si introduce il concetto di carico termico specifico Cs Q S si pu scrivere Cs o At e si pu ricavare l espressione di At differenza fra la temperatura tr dei fumi e quella t del fluido C 1 1 1l At t t so a aL an can sa a o O t La temperatura media del tubo data da GC L C C 1 s t f Sca i f F 4 A a 2q da 2 ed tanto pi elevata quanto maggiori sono C e lo spessore del tubo s e quanto minori sono as e temperatura media del tubo temperatura fluido all interno del tubo 75 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche La presenza di incrostazioni all interno dei tubi aumenta la temperatura media tm di un termine Cs 8 X dove s
282. rasforma in energia meccanica utilizzando getti di vapore che fanno ruotare una o pi corone di palette mobili opportunamente sagomate e riportate circolarmente su dischi o su tamburi solidali a un albero motore che passa per il centro di figura delle corone di palette suddette L assieme delle palette mobili dei dischi e dei tamburi e dell albero motore costituisce il rotore Esso gira nell interno di un involucro di forma quasi cilindrica e perci spesso indicato come cilindro o pi generalmente corpo della turbina che costituisce lo statore Lo statore a sua volta comprende i condotti di adduzione e di scarico del vapore e i distributori Questi ultimi sono condotti a sezione variabile secondo una legge calcolata accuratamente e sono disposti lungo un asse di andamento prefissato in modo che allo sbocco il vapore venga indirizzato sulle palette mobili a una velocit di intensit e direzione tale da lavorare sulle palette in questione con ottimo rendimento Il percorso del vapore nell interno della turbina viene delimitato da una successione alternata di condotti fissi e condotti mobili che sono realizzati entrambi con palette e che rimangono permanentemente in comunicazione tra di loro affinch l efflusso avvenga senza interruzione In funzione della direzione del vapore la turbina pu essere assiale il deflusso del vapore avviene secondo l asse della turbina o radiale il deflusso avviene in direzioni perpendicolari all asse
283. ratteristiche richiede l impiego di macchine di grandi dimensioni e con numerosi stadi che realizzano il frazionamento del salto disponibile Di solito il primo stadio ad alta pressione del tipo ad azione a due salti di velocit in tal modo il vapore diminuisce di temperatura e di pressione totalmente nel distributore ed il proporzionamento del resto della macchina risulta meno oneroso dal punto di vista costruttivo Gli stadi a valle suddivisi nei corpi di media e di bassa pressione sono in genere a reazione Con questa disposizione si raggiungono i seguenti vantaggi e si riduce il numero degli stadi e quindi il peso il costo e l ingombro della turbina infatti a pari velocit periferica il salto entalpico elaborato da una ruota ad azione maggiore e si riducono la pressione e la temperatura a cui sottoposta la cassa della turbina perch subito a valle del distributore della prima ruota ad azione entrambe risultano notevolmente abbassate e si pu tenere un diametro medio abbastanza elevato nei primi stadi anche se la portata di vapore modesta grazie alla possibilit di parzializzazione delle ruote ad azione e si pu regolare la potenza mediante la parzializzazione e sirecupera parzialmente negli stadi a reazione la maggior perdita di salto entalpico degli stadi ad azione Per quanto riguarda la scelta della velocit di rotazione occorre tenere presente che per aumentare il salto elaborato in uno stadio au
284. re la portata totale di acqua inviata in caldaia il fluido superfluo mediante la regolazione della pressione nel primo surriscaldatore viene inviato tramite le valvole 202 207 al separatore di avviamento flash tank Mediante la ripartizione delle portate scaricate dalle valvole 202 207 si regola anche la temperatura in funzione del carico all uscita del primo surriscaldatore desurrisc SH desurrisc AH levaporatore turbina spurgo riscaldatori vapore si Kan tenute turbina riscaldatori pompa degasatore alimento_ Vengono di seguito fatte alcune considerazioni sulle operazioni da svolgere durante le varie fasi di avviamento facendo riferimento alle caratteristiche del sistema di regolazione Prima dell accensione necessario raggiungere in caldaia la minima portata d acqua alimento 33 di quella nominale e subito dopo mettere in automatico la regolazione di pressione all uscita del surriscaldatore primario Per quanto le operazioni da eseguire non siano sostanzialmente diverse opportuno considerare separatamente 1 casi di avviamento della caldaia da freddo e di avviamento da caldo In entrambi i casi l avviamento va eseguito tenendo in automatico le valvole 202 e 207 e in manuale la pompa alimento e il regolatore di pressione all uscita del surriscaldatore primario Nel caso di avviamento da freddo temperatura del metallo in camera ruota inferiore a 120 C dopo il riempimen
285. re scendono a circa 1 5 ore dopo una fermata di 8 ore il gradiente di carico di 3 5 MW min in condizioni normali e di 20 MW min per la teleregolazione con banda di partecipazione massima di 40 MW I gruppi Diesel e le turbine a gas richiedono tempi di avviamento molto ridotti dell ordine delle decine di minuti I gradienti normali dei cicli combinati sono di 5 6 MW min e possono salire a 13 MW min in caso di necessit 16 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche I combustibili fossili normalmente impiegati negli impianti termoelettrici sono l olio combustibile il gasolio il gas naturale il carbone I generatori di vapore possono bruciare tutti questi tipi di combustibili I motori diesel impiegano il gasolio o il gas naturale Per le turbine a gas si utilizza generalmente il gas naturale I prezzi dei combustibili sono spesso soggetti a frequenti fluttuazioni sul mercato internazionale Nella tabella seguente sono indicati recenti prezzi medi dei combustibili bruciati nelle centrali termoelettriche italiane Costo dei combustibili valori medi 2004 ATZ S 3 BTZ S 1 STZ S 0 23 Costo franco centrale 125 t 145 t 200 t 58 t 205 10 Smc Accisa sugli acquisti 15 33 t 15 33 15 33 t 0 0 Accisa sui consumi 0 0 0 2 63 t 0 4493 10 Sme Poteri calorifici di riferimento 9700 kcal kg 9800 kcal kg 9900 kcal kg 5000 kcal kg 8250 kcal Smc
286. rendimento variabili in funzione delle condizioni del vapore Per massimizzare il guadagno di rendimento dei cicli ultrasupercritici bisogna anche ottimizzare il ciclo rigenerativo con l aggiunta di nuovi riscaldatori e la scelta di una pi alta temperatura dell acqua alimento all ingresso dell economizzatore In molti casi si inserisce un riscaldatore al di sopra del punto di risurriscaldamento Questo riscaldatore denominato con termine anglosassone HARP Heater Above the Reheat Point 10 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche Variazioni del rendimento con diverse configurazioni di riscaldatori Ciclo Numero di riscaldatori HARP Variazione 7 No Riferimento Semplice risurriscaldamento 8 No 0 2 310 bar 593 C 593 C 8 S 0 6 9 S 0 7 8 No Riferimento Doppio risurriscaldamento 9 No 0 3 310 bar 593 C 593 C 593 C 9 S 0 2 10 S 0 5 Nella figura seguente mostrato un ciclo a semplice risurriscaldamento con riscaldatori compreso un HARP Boiler Feed Reheater Pump Turbine Main Steam culi Cooling Cold Reheat STESSI Il ciclo a doppio risurriscaldamento pu essere ulteriormente migliorato inserendo un altro riscaldatore di bassa pressione e o un altro di alta pressione Un tipico ciclo a doppio risurriscaldamento con dieci riscaldatori compreso un HARP mostrato nella figura seguente Boiler Feed Pump Turbine Rehea
287. rgia elettrica ossia il generatore o alternatore le sbarre il trasformatore elevatore ed il trasformatore dei servizi ausiliari Il collegamento tra alternatore e trasformatore principale pu essere rigido senza l interposizione di organi di manovra oppure flessibile 130 220 kV 10 20kV TAG 10 20 kV TA TA 3 6 kV 3 6 kV T T a b 130 380 kY 130 380 kV Montante rigido Montante flessibile Dalle sbarre in uscita dall alternatore derivata l utenza dei servizi ausiliari che alimenta quando il gruppo in servizio tutte le apparecchiature elettriche necessarie al funzionamento del gruppo L inserimento di un organo di interruzione tra l alternatore e la derivazione del trasformatore dei servizi ausiliari comporta il vantaggio di consentire l alimentazione dei servizi ausiliari anche con gruppo fermo prelevando energia dalla rete tramite il trasformatore principale Nello schema con montante rigido invece l alimentazione a gruppo inattivo deve essere fornita da un secondo trasformatore detto trasformatore d avviamento Nonostante comporti l onere dell installazione di un nuovo trasformatore lo schema con montante rigido stato nel passato il pi usato poich la tecnologia costruttiva degli interruttori di media tensione per correnti di cortocircuito molto elevate non garantiva un grado di affidabilit dei componenti soddisfacente 138 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche Il collegamento t
288. ria comburente gi fornita allo stato di vapore al potere calorifico superiore va quindi detratto il calore di condensazione del vapore originato dall acqua contenuta nel combustibile e di quello formatosi dalla combustione dell idrogeno In campo commerciale invece spesso indicato il potere calorifico superiore comprendendo quindi le calorie di condensazione del vapor d acqua La combustione dello zolfo d luogo ad anidride solforosa SO e ad anidride solforica SO che si forma per ossidazione della precedente ed il cui tenore nei fumi soprattutto influenzato dall eccesso d aria diminuendo infatti l eccesso d aria fino ad avvicinarsi al valore stechiometrico il tenore di SO3 diminuisce notevolmente fino a poche parti per milione p p m La reazione delle due anidridi con l acqua presente nei gas di combustione d luogo alla formazione di acido solforoso e acido solforico L acido solforico fortemente corrosivo La sua formazione e condensazione avviene ad una temperatura punto di rugiada che funzione della percentuale di SO3 presente nei fumi Per evitarne la formazione si costretti a mantenere la temperatura dei fumi al di sopra di un certo valore e ci a discapito del rendimento del generatore di vapore Poich il punto di rugiada intorno a 80 100 C per evitare condensazioni sulle pareti dei preriscaldatori d aria che avranno una temperatura intermedia fra quella dei fumi e quella dell ar
289. ria da fornire per realizzare una combustione completa superiore al valore stechiometrico l eccesso d aria occorente variabile in funzione del tipo di combustibile e delle condizioni di combustione Si ha interesse a ridurre l eccesso d aria per ridurre con esso le perdite di calore al camino l energia assorbita dai ventilatori e la formazione di anidride solforica e degli ossidi di azoto D altra parte un eccesso d aria indispensabile per ovviare alle Un olio combustibile denso bunker C ha la seguente analisi elementare media carbonio 80 86 idrogeno 10 13 ossigeno e azoto 1 2 zolfo 0 5 3 39 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche inevitabili dissimmetrie nella distribuzione dell aria ai singoli bruciatori e prevenire la formazione di incombusti I quantitativi dei combustibili solidi e liquidi sono dati in peso quelli dei combustibili gassosi sono dati in normal volume Nm riferito cio alla pressione di 760 mm di Hg e alla temperatura di 15 C I combustibili sono caratterizzati dal loro potere calorifico ossia dalla quantit di calore prodotto per ogni kg bruciato Per i calcoli tecnici ad esempio nella determinazione del rendimento di un generatore di vapore si impiega il potere calorifico inferiore dal quale sono escluse perch non recuperate le calorie di condensazione del vapor d acqua presente nei prodotti della combustione prescindendo dall umidit presente nell a
290. ria il tempo di permanenza dei gas caldi in camera di combustione e quindi la temperatura dei gas all ingresso della zona a convezione Inclinazione bruciatori 174 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche La regolazione della depressione in camera di combustione esiste solo nei generatori di vapore a tiraggio bilanciato e ha lo scopo di mantenere ad un valore prefissato tale depressione L azione del ventilatore indotto e quella del ventilatore forzato devono essere perfettamente coordinate in modo da mantenere nella parte superiore della camera di combustione una depressione costante di qualche millimetro di colonna d acqua 5 7 mm Nel caso di grandi caldaie il sistema di correzione usato per influenzare la depressione generalmente la posizione delle serrande del ventilatore indotto Un tipo di regolazione pi completo il sistema a due componenti dove i segnali di riferimento sono forniti dalla depressione in camera di combustione e dalla portata di aria comburente Il primo segnale tende a mantenere la depressione costante mentre la portata aria ne varia il valore di set point con il carico La messa in servizio di una caldaia a corpo cilindrico deve avvenire secondo un adatta procedura facendo riferimento alle caratteristiche del sistema di regolazione Prima dell accensione necessario riempire con acqua fredda la caldaia mantenendo un livello basso nel corpo cilindrico Tutti gli sfiati devono essere ape
291. riche gt Interposizione di un giunto moltiplicatore di giri e un variatore di velocit di tipo idraulico tra il motore elettrico e la pompa alimento IE SA ga na aa Gruppo di alimentazione per caldaie ad alta potenzialit 1 pompa booster 2 motore elettrico 3 giunto moltiplicatore e variatore di velocit 4 pompa alimento Si hanno due tipi di giunti idraulici che sfruttano due diverse forme di energia le trasmissioni idrostatiche e le trasmissioni idrodinamiche e Nelle trasmissioni di tipo idrostatico viene utilizzata l energia di pressione conferita al fluido da una pompa volumetrica a pistoni a giri fissi e inclinazione variabile unit idrostatica primaria tale energia viene trasferita tramite tubazione a un analoga macchina idraulica ad inclinazione fissa funzionante come motore unit idrostatica secondaria Variando la cilindrata della pompa variando l inclinazione dei pistoni rispetto all asse di rotazione varia la sua portata e conseguentemente la velocit del motore idraulico collegato che ha cilindrata fissa Impiegando un giunto moltiplicatore epicicloidale l albero motore collegato al portasatelliti l albero condotto connesso con la pompa alimento collegato alla ruota interna la cui velocit viene modulata dalla ruota esterna a giri variabili perch accoppiata con l unit idrostatica secondaria e Nelle trasmissioni di tipo idrodinamico che sono le pi diff
292. rima di effettuare il parallelo le valvole di presa vengono quindi completamente aperte 185 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche Tutti i regolatori di turbina derivano dal vecchio regolatore a masse posto in rotazione ad una velocit proporzionale alla velocit della macchina al LUI p ingr olio valvola di H regolazione J scarico olio i distributore vapore in turbina regolatore servomotore Regolatori a masse Le masse soggette alla forza centrifuga si allontanano sempre in maggiore o minore misura dall asse del regolatore e sono legate a un manicotto M che scorre sull asse del regolatore Ad una posizione del manicotto M corrisponde una determinata velocit della macchina Il manicotto potr dunque con un appropriato collegamento comandare direttamente la valvola di regolazione del vapore alla turbina Ci si ottiene per mezzo di un servomotore idraulico Nel regolatore D il manicotto M del regolatore sposta l asta AM fulcrata in A che a sua volta sposta Pasta GD del distributore a pistoni Lo spostamento dei pistoni p e p apre delle luci nel cilindro del distributore ed invia l olio in pressione sopra o sotto il pistone P del servomotore che comanda la valvola di ammissione del vapore Analogamente a quanto gi visto per la regolazione delle turbine idrauliche si inserisce nella regolazione un elemento sensibile alla derivata della velocit accelerometro Il grado d
293. rivelatori di fiamma e predisposizione per tutte le varie aperture obl portine d ispezione soffiatori ecc di un sistema di iniezione di aria compressa per il raffreddamento e contro la fuoriuscita di gas ad alta temperatura 3 2 Circuito acqua vapore L acqua inviata ad alta pressione in caldaia dalle pompe alimento E evidente che l acqua essendo relativamente a bassa temperatura entra in una zona non molto calda e tale da non sollecitare le tubazioni ad eccessivi stress termici derivanti da elevate differenze di temperatura tra parete interna ed esterna La temperatura dell acqua alimento all ingresso uno dei dati di partenza per il progetto delle superfici della caldaia Il suo valore varia da impianto a impianto per i gruppi da 320 MW fissato intorno ai 290 C al carico massimo e decresce al diminuire del carico Jie SH second SH irragg naso E eroi dei AI mpe n gt Ljungstr m bruciatori WL il frontali i da F T i i DE I di Si Vi 68 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche La prima sezione di caldaia ad essere attraversata dall acqua alimento l economizzatore Esso formato da un insieme di tubi ripiegati a serpentina e disposti in banchi orizzontali nella parte terminale inferiore del condotto verticale dei fumi dove questi hanno una temperatura abbastanza bassa circa 400 C ma sempre tale da trasferire una
294. rmoelettriche gt Processi a secco dry scrubbers il reagente calce allo stato di polvere secca La reazione con l anidride solforosa determina la formazione di composti che sotto forma di polveri vengono recuperati tramite elettrofiltri o filtri a manica come previsto per il trattamento standard delle polveri da combustione L iniezione del reagente pu avvenire direttamente in caldaia o nei condotti fumi o in alternativa in una camera di reazione dedicata come per i processi ad umido si parla in questo caso di processi CFB circulating fluid bed dry scrubbers In tali processi caratterizzati dall utilizzo di reagente generalmente a base di calcio direttamente in polvere si possono distinguere due famiglie in un primo caso l iniezione avviene direttamente nell impianto di generazione in punti strategici e in questa categoria rientrano anche quei processi definiti durante la combustione un secondo metodo prevede la realizzazione di un reattore a s stante dove trattare i fumi grezzi L iniezione di reagenti nell impianto pu avvenire in diversi punti A tale proposito possono essere distinte quattro tipologie di intervento Iniezione in caldaia un sorbente secco in polvere calcare o calce idrata iniettato nella parte alta della camera di combustione per reagire con la SO2 in un punto dove la temperatura compresa tra 750 e 1250 C Mentre il gas attraversa la zona convettiva della caldaia il
295. rsica Cassetto di i alimentaz commutazione T 6k 380 V a Sa y QUADRO kY Q M M Cassetto per motore Cassetto per motore TB1 Feet POWER CENTER gt I quadri manovra motori QMM alimentano i motori di potenza limitata A differenza dei power center e dei quadri a 6 kV che sono centralizzati essi sono dislocati sull impianto in prossimit dei sistemi che devono alimentare e comandare Sono costituiti da cassetti ognuno dei quali se alimenta un motore contiene un interruttore automatico un contattore e un rel termico di protezione L interruttore posto a protezione contro i cortocircuiti il contattore comandato dal termico interviene invece in caso di sovraccarico 141 7 1 Alternatori Capitolo 3 Le centrali termoelettriche Come gi visto i gruppi a vapore sono caratterizzati da un elevata velocit di rotazione che in reti con frequenza di 50 Hz di norma pari a 3000 giri al minuto in tal caso l alternatore a due poli solchi po circonferenziali terminale di avvolgimento cappa Fi di blindaggio Estremit avvolgimenti di rotore Il rotore a poli lisci ed ottenuto da un massello compatto di acciaio al Ni Cr nel quale vengono ricavate per fresatura le cave le testate delle matasse rotoriche sono racchiuse in appositi coperchi cilindrici di materiale amagnetico detti cappe L avvolgimento realizzato con piattine di rame
296. rso massa realizzato con nastri di vetro mica impregnati di resina epossidica L isolamento delle singole piattine eseguito avvolgendo intorno ad esse due tipi di nastro uno con mica in scaglie e uno con mica in polvere Dopo l applicazione delle varie nastrature le bobine protette con nastri di sacrificio vengono portate in autoclave e sottoposte ad un ciclo di vuoto per estrarre l aria ed i solventi contenuti Aevolgimento statorico nella resina seguito da un ciclo di cottura sotto Bobine in sezione Raffreddamento in idrogeno s s o pressione per mezzo di una miscela bituminosa ij i IN E iun titii it LIL piati uii iii sa e ict SES dee e ENT SR JT im Successivamente le bobine vengono verniciate con vernice epossidica Il fissaggio delle bobine nelle cave realizzato mediante biette di chiusura L amarraggio delle testate assicurato da legature in vetroresina che vincolano tra loro le testate stesse e queste agli anelli isolanti di amarraggio montati su mensole isolanti fissate sulle flange pressa pacco Sulle testate viene anche attuata la trasposizione dei conduttori 144 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche Sezione di turboaltermatore da 370 MYA iene TE lololo na k ne a eu y F Dati e caratteristiche tecniche di un alternatore da 370 MVA Potenza nominale 370 MVA Fattore di potenza 0 9 Tens
297. rta altezza e ricorrere ad una pompa booster a monte della pompa alimento La pompa booster fornisce una prevalenza di 8 10 kg cm e pu aspirare dal serbatoio del degasatore non richiedendo un notevole battente sull aspirazione perch ha velocit di ingresso minori Se riportiamo su un diagramma il valore delle portate in funzione delle pressioni di una pompa otteniamo la curva caratteristica riportata in figura Q O Q Volendo variare la portata di funzionamento Qo si deve agire sulla caratteristica del circuito o sulla caratteristica della pompa La caratteristica del circuito pu essere modificata agendo su una valvola posta in serie all utenza in modo da creare una perdita di carico aggiuntiva variabile diagramma a sinistra La caratteristica della pompa pu essere modificata variando il numero di giri della pompa stessa diagramma a destra Quest ultimo sistema senz altro il pi valido ai fini del rendimento Nel funzionamento con valori di portata molto bassi si ha il pericolo di surriscaldamento dell acqua e sua vaporizzazione per evitare questo inconveniente il costruttore ha stabilito un valore di portata minima da ricircolare al degasatore al di sotto di un certo carico Una pompa alimento per caldaie ad alta potenzialit progettata e costruita in modo da ottenere una macchina solida e nello stesso tempo accessibile e di semplice manutenzione Le alte pressioni di funzionamento impongono la costruzi
298. rti Predisposto il circuito aria gas occorre avviare i ventilatori aria con i relativi riscaldatori Ljungstr m Occorre regolare la portata aria al valore minimo posizionando in automatico le serrande dei ventilatori aria e aspiratori gas per regolare al valore minimo la depressione Si accende una coppia di bruciatori a gasolio In questa prima fase il riscaldamento deve essere fatto rispettando un determinato gradiente di temperatura nel corpo cilindrico 80 100 C h Il motivo principale della limitazione del gradiente legato in gran parte al corpo cilindrico che ha grossi spessori e non ammette elevate differenze di temperatura tra superficie interna ed esterna Man mano la caldaia si scalda il corpo cilindrico va in pressione vengono chiusi gli sfiati e si comincia a produrre vapore che inizia ad interessare le tubazioni principali e i banchi del surriscaldatore Per evitare la formazione di condensa viene mantenuto un flusso di vapore attraverso il surriscaldatore aprendo particolari spurghi finali all atmosfera Le valvole di turbina sono inizialmente chiuse con pressione di 30 35 Kg cm vengono aperte dopo che l operatore ha eseguito la manovra di riarmo turbina Tale manovra viene fatta solo quando l operatore ha ottenuto per il vapore in uscita dalla caldaia la temperatura pi opportuna tenendo conto delle temperature dei metalli turbina Se la turbina fredda temperatura del metallo in camera ruota inferiore a 120
299. sa che provvede alla sua sistemazione nel parco Con questa stessa macchina possibile prelevare il carbone del parco e mediante un altra serie di nastri inviarlo ai bunker dei gruppi che a loro volta alimenteranno i mulini Anche il carbone prelevato dal parco prima di giungere all impianto viene sottoposto a pesatura campionatura e depurazione da eventuali materiali estranei I parchi carbone all aria aperta che raggiungono consistenze notevoli presentano il pericolo di autocombustione per ridurre tale pericolo conviene limitare l altezza massima del deposito disporre il carbone a strati successivi e non alla rinfusa installare dei sensori di temperatura con segnalazione di allarme tarata a circa 70 C I bunker dei gruppi terminano nella parte inferiore in tante tramogge di scarico quanti sono i mulini da alimentare All uscita di ciascuna tramoggia sono installate delle saracinesche di intercettazione e quindi un condotto verticale tramite il quale il carbone perviene all alimentatore che ha il compito di assicurare costantemente un flusso di carbone al mulino e di variare la portata in funzione di quanto richiesto Vi sono diversi tipi di alimentatori rotativi a catena a nastro Questi ultimi sono i pi usati il loro funzionamento consiste nel raccogliere su di un nastro in movimento uno strato di carbone la cui altezza preventivamente determinata La variazione di portata realizzata facendo variare opportun
300. sali solubili e l anidride carbonica disciolta in condizioni particolari di funzionamento pu determinare inquinamenti l inserzione dei prefiltri pu provocare il rilascio di sostanze organiche e ioni una cattiva rigenerazione o l esaurimento o un anomalia dei letti misti pu essere causa di rilascio di ioni o di resina e I riscaldatori di bassa pressione e il rientro dei drenaggi di alta pressione sono apportatori di ossidi e quindi richiedono una fase di trattamento mediante i filtri Powdex inseriti a caldo e Il degasatore i riscaldatori di alta pressione e il generatore di vapore rappresentano sistemi che possono produrre o sequestrare ossidi compito del condizionamento quindi quello di minimizzare il fenomeno di deposizione e rilascio mantenendo il pi possibile condizioni di equilibrio La presenza e il tipo di inquinanti viene evidenziata dalle misure di conducibilit acida che si effettuano di norma sulla mandata delle pompe estrazione condensato all ingresso del degasatore all ingresso dell economizzatore Per le caldaie a corpo cilindrico sono inoltre previste misure allo spurgo continuo e sul vapore principale Per le caldaie UP i controlli sono effettuati anche all ingresso del surriscaldatore primario e all uscita di quello finale Ad integrazione delle misure di conducibilit vengono poi impiegati misuratori di pH e analizzatori di ossigeno e di idrogeno Il condizionamento dell acqua del ciclo imp
301. seguente Sezione termoelettrica 320 MW Portata combustibile Calcare Gesso in ingresso in uscita Funzionamento a carbone 120 t h 6 t h S 1 Funzionamento ad olio combustibile 70 t h 11 9 t h S 3 Funzionamento a orimulsion 99 t h 16 7 t h S 2 9 Il costo di un impianto di desolforazione del tipo unificato ENEL installato in una sezione da 320 MW funzionante a carbone si aggira intorno a 50 10 Per calcolare il costo per kWh prodotto si dovranno mettere in conto i costi fissi comprendenti l ammortamento e la manutenzione dell impianto e i costi di esercizio comprendenti le spese per il personale addetto e quelle per i materiali impiegati vapore ausiliario acqua industriale energia elettrica calcare smaltimento gesso Il costo risultante per una produzione media annua di 1 9 TWh di circa 0 5 c kWh 2 Tale gesso pu essere utilizzato come materiale da costruzione pannelli per l edilizia come additivo nell industria del cemento funge da ritardante per la presa del cemento permettendone il trasporto a grandi distanze senza solidificare in agricoltura come regolatore del pH dei terreni fonte di calcio per specifiche colture o per modificare la composizione di terreni sabbiosi o argillosi oppure pu venire processato ulteriormente ad elemento aggregante 215 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche 11 2 1 Impianti di desolforazione Esaminiamo i vari tipi di impi
302. serrande in modo da ottenere una temperatura di 70 85 C regolazione dei riscaldatori aria a vapore RAV I riscaldatori aria a vapore sono posti sul circuito aria a monte dei Ljungstr m ed elevano la temperatura dell aria impedendo che i gas incontrando i lamierini freddi dei riscaldatori rotanti vi depositino condense acide e corrosive Il vapore di alimentazione che regola la temperatura dell aria viene prelevato dal collettore vapore ausiliario o a carichi superiori a circa 200 MW direttamente dal 4 spillamento regolazione del vapore ausiliario La regolazione del vapore ausiliario pu essere cos schematizzata Durante l avviamento il collettore principale viene alimentato inizialmente o dalla caldaia ausiliaria o da un altro gruppo in servizio poi man mano procede l avviamento sar il gruppo stesso ad alimentare il collettore principale utilizzando prima il vapore del corpo cilindrico o del flash tank poi il 2 spillamento ed infine a regime il 4 spillamento Le sequenze di passaggio da un alimentazione all altra sono automatiche regolate da logiche fisse che escludono un alimentazione e inseriscono la successiva man mano che il relativo vapore raggiunge le caratteristiche idonee per alimentare il collettore principale regolazione del vapore e dell aria di soffiatura L aria o il vapore che alimenta i soffiatori di fuliggine serve per la pulizia in servizio delle superfici riscaldanti della caldaia Il g
303. sezione di alta media pressione a flusso contrapposto Questa sezione pu essere associata con una o due sezioni di bassa pressione a doppio flusso a seconda della potenza prevista e della pressione allo scarico L adozione della sezione combinata di alta media pressione rende possibile uno spazio pi contenuto per le operazioni di revisione generale con risparmi nelle dimensioni della sala macchine e nelle fondazioni cos come nei costi di manutenzione Le unit supercritiche con questo tipo di assetto hanno funzionato egregiamente con potenze superiori a 600 MW per molti anni Per rispondere a richieste di applicazioni particolari sono pure disponibili sezioni ad unico flusso di alta e di media pressione in corpi separati Queste due configurazioni sono mostrate nelle figure seguenti 102 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche Sezione combinata AP MP mi z de SR BA 5 UU f All aumentare della potenza esigenze di stabilit e lunghezza dell ultima fila di palette dello stadio di media pressione fanno adottare la soluzione con la sezione AP a singolo flusso e la sezione MP a doppio flusso in corpi separati A queste due sezioni ad alta temperatura si accoppiano una due o tre sezioni a doppio flusso a bassa pressione Le configurazioni tandem compound di questo tipo con tre sezioni BP sono quelle adottate per le unit di pi elevata potenza correntemente progettate per gli impianti ultrasupercri
304. si non deve essere superiore a 1 C Per i canali la temperatura massima allo scarico non deve superare i 35 C Nel caso di acqua di mare la temperatura massima consentita per lo scarico di 35 C e il At massimo ammissibile tra la temperatura dell acqua alla presa e quella a 1000 metri dallo scarico di 3 C Lo schema generale dell impianto acqua condensatrice in ciclo aperto prevede l opera di presa la vasca griglie la sala pompe le condotte di adduzione le condotte di scarico l opera di restituzione L opera di presa provvede a convogliare verso le pompe l acqua prelevata dal fiume o dal mare pompa riemp pompa AC condotta 2 3 2 F A monte di ogni pompa previsto un impianto di filtraggio costituito da griglie fisse ad elementi verticali che trattengono detriti di grosse dimensioni i quali vengono asportati da appositi sgrigliatori a pettine mobile e da griglie rotanti a maglia stretta montate verticalmente e sospese su rulli o pannelli posti in rotazione da un motore elettrico A valle della vasca griglie l acqua giunge alle pompe AC acqua condensatrice Le pompe assorbono un elevata potenza 1700 kW per un gruppo da 320 MW e sono caratterizzate da grandi portate e basse prevalenze circa 10 m s e 10 m di colonna d acqua Dalle pompe l acqua viene mandata ai condensatori tramite condotte di adduzione Dopo aver attraversato i condensatori l acqua viene inviata tramite
305. sione SO gt S0O3 La concentrazione di SO presente a valle del catalizzatore data dalla somma della SO presente nei fumi all ingresso del catalizzatore e della SO generata per conversione della SO dal catalizzatore nei riguardi della quale si deve esplicare l attitudine alla selettivit del catalizzatore stesso Si tratta ovviamente di un aspetto indesiderato che deve essere minimizzato per quanto gi detto circa la formazione di bisolfato di ammonio La conversione SO SO dipende principalmente dalla composizione del catalizzatore in particolare dal contenuto di vanadio e dalla temperatura di esercizio pi alta la temperatura pi alta la formazione di SO Durata del catalizzatore La durata del catalizzatore dipende dal degrado del materiale che pu avvenire sia per ragioni chimico fisiche principalmente per avvelenamento che per ragioni meccaniche rotture occlusioni erosioni 235 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche Il degrado funzione delle caratteristiche dei fumi da trattare concentrazione e tipo di incombusti e ceneri concentrazione e stato chimico fisico di particolari composti chimici contenuti nei fumi del tipo di progetto del reattore dimensioni numero di strati e della sua localizzazione ovvero della configurazione d impianto adottata Negli impianti termoelettrici sono possibili tre differenti configurazioni di processo a seconda della posizione dei reattori catalitici
306. solarlo elettricamente cos da ostacolare la neutralizzazione delle cariche e quindi la corrosione Nel contempo gli ossidi che si formano all anodo formano su di esso una pellicola generalmente poco permeabile che protegge il metallo e rallenta o arresta del tutto il processo di dissoluzione del metallo stesso A questo fenomeno chiamato passivazione devono la loro pregiata propriet gli acciai inossidabili ricchi di cromo e nichel Infatti l acciaio si chiama inossidabile non perch non si ossida ma proprio perch ricoperto da uno strato sottilissimo di ossidi di cromo e nichel che impediscono un ulteriore corrosione dello strato metallico sottostante Analoga azione protettiva possono svolgere certi sali presenti nell acqua o formatisi in seguito alla corrosione i quali si depositano sulle superfici del metallo formando uno strato impermeabile additivi anticorrosivi Infine un azione protettiva di questo tipo viene svolta da speciali composti organici o inorganici chiamati inibitori di corrosione Se non intervengono gli effetti di polarizzazione visti in precedenza la corrosione prosegue fino a comportare la distruzione del metallo Le principali cause che fanno proseguire la corrosione sono e il pH acido in cui gli ioni H presenti nella soluzione sottraggono continuamente elettroni all equilibrio di dissoluzione del ferro secondo le reazioni Fe gt Fe 2 e 2H 2e gt H e il ferro tende a passare in s
307. solidi x EDTA S x S Le Reintegro carbonato Soluzione rigenerata 1 di sodio idrossido Serbatoio Serbatoio Diagramma di flusso del processo Wellman Lord Come si pu notare la fisionomia del processo simile a quella del calcare gesso Spesso si pone un prelavatore a monte dell assorbitore per la rimozione dei cloridi interferendo questi con il processo di assorbimento Le reazioni chimiche generali del processo Wellman Lord sono le seguenti e assorbimento della SO Na2S0 H 0 SO 2NaHSO e rigenerazione del sorbente e recupero della SO 2NaHSO calore Na2S0 H20 SO Il processo Wellman Lord pu raggiungere efficienze di rimozione superiori al 98 con carboni ad alto tenore di zolfo 224 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche Processi combinati diversamente dai processi tradizionali visti sopra dove desolforazione e denitrificazione avvengono in due passaggi distinti i processi combinati provvedono in un unica fase alla rimozione contemporanea dei due inquinanti Sebbene esistano poche applicazioni industriali di rimozione combinata date complessit e costi molto elevati del processo la possibilit di raggiungere buoni livelli di abbattimento degli inquinanti con un costo minore di quello delle due tecnologie convenzionali garantisce a tale metodologia una buona prospettiva di sviluppo Vale la pena di sottolineare come il processo sia commercialmente applicabile in termini di
308. sono potenzialit la portata di vapore prodotta espressa in t h superficie di riscaldamento l area interposta fra i prodotti della combustione ed il fluido da riscaldare ed espressa in m pressione di esercizio la pressione nominale di funzionamento espressa in bar o kg cm pressione di timbro la pressione di progetto ed indicata nel bollo impresso sul generatore temperatura di esercizio la temperatura del vapore in uscita dalla caldaia espressa in C carico termico superficiale rappresenta le calorie che vengono assorbite in un ora da un metro quadrato di superficie di riscaldamento ed espresso in kcal m h carico termico volumetrico rappresentato dalle calorie prodotte in un ora in un metro cubo di camera di combustione ed espresso in kcal m h rendimento di caldaia dato dal rapporto fra le calorie fornite dalla caldaia al fluido e le calorie sviluppate dalla combustione La quantit di calore Q fornita alla caldaia dal processo di combustione espressa dalla portata di combustibile Gs per il suo potere calorifico inferiore pci O G pci La quantit di calore Q2 fornita dalla caldaia al fluido nel caso di una caldaia a surriscaldamento e risurriscaldamento espressa dalle portate di vapore in uscita moltiplicate per le rispettive differenze di entalpia O Gy Asy ha Gra Aru hay dove GsH portata vapore surriscaldato portata acqua alimento Gru
309. sono progettate a 1500 giri min perch prevalgono le esigenze degli stadi BP ad esempio nelle centrali nucleari e le turbine a contropressione in cui manca lo stadio BP sono previste per velocit superiori a 3000 giri min fino a 8000 per piccole macchine e sono accoppiate all alternatore con un riduttore ad ingranaggi L adozione del risurriscaldamento comporta un ulteriore suddivisione della turbina in un corpo di alta pressione ed uno di media pressione che fanno capo rispettivamente al surriscaldatore e al risurriscaldatore I vari corpi della turbina possono essere accoppiati di testa in modo da formare una sola linea d albero questa disposizione detta tandem compound Essi possono ugualmente essere montati su due linee d albero ed allora la turbina si dice cross compound 101 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche Per le applicazioni ultrasupercritiche la pi adatta configurazione di turbina dipende essenzialmente dalla potenza dal numero degli stadi di risurriscaldamento dalla pressione allo scarico e dagli spillamenti da effettuare Le configurazioni che possono essere adottate per applicazioni a semplice risurriscaldamento sono illustrate nella figura seguente Semplice risurriscaldamento Rating Range MW 2 Flow 4 Flow 6 Flow 350 500 450 750 350 500 450 750 500 700 500 800 700 1100 700 1100 Per la maggior parte delle applicazioni si pu utilizzare una
310. sorbente reagisce con la SO e l ossigeno a formare CaSO4 questo in seguito captato dai filtri dell impianto insieme al particolato e alle ceneri volanti L importanza dell individuazione dell intervallo di temperatura dettata dal fatto che sopra i 1250 C la struttura del reagente viene irrimediabilmente compromessa mentre al disotto dei 750 C la reazione non avviene neppure L efficienza di rimozione pu essere superiore al 50 con un rapporto Ca S quantit di reagente rispetto al contenuto di zolfo del gas di 2 utilizzando calce L uso del calcare come gi avviene nel caso di assorbimento ad umido diminuisce l efficienza Condizioni sperimentali particolari hanno dimostrato la possibilit di raggiungere anche con tale processo rimozioni del 95 Iniezione nell economizzatore la calce idrata iniettata nel flusso di gas nella zona dell economizzatore dove la temperatura compresa fra i 300 e i 650 C In tale caso l idrossido di calcio reagisce direttamente con la SO2 essendo la temperatura troppo bassa per disidratarlo completamente Il prodotto di risulta non pi CaSO4 ma solfito CaSO Attualmente non ci sono ancora utilizzazioni commerciali di tale metodo Iniezione nei condotti il proposito quello di distribuire il sorbente uniformemente ed in modo diffuso nei condotti gas dopo il preriscaldatore dove la temperatura intorno ai 150 C umidificando il gas con acqua se necessario La re
311. spezione coperchio tegoli scarico condense dispositivo estrazione aria semicassa anteriore di entrata 744 po bulloni di fondazione piastre tubiere intermedie tubi circolazione acqua involucro ingresso acqua condotto estrazione aria piastra tubiera Condensatore a doppio passo I materiali impiegati per i tubi sono le leghe di rame cupronickel e aluminum brass o l acciaio inossidabile La quantit di calore da scambiare nell unit di tempo data da Q G h h G t t c dove Gy portata di vapore hy h calore di condensazione Ga portata di acqua condensatrice tu temperatura di uscita dell acqua condensatrice te temperatura di entrata dell acqua condensatrice c calore specifico dell acqua 118 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche t t Essendo tc la temperatura del vapore saturo alla pressione del condensatore e At mera la temperatura media logaritmica il condensatore avente superficie S e coefficiente di trasmissione a in grado di scambiare la quantit di calore Q a S Af vapore scaricato condensato dalla turbina nel pozzo caldo acqua condensatrice de calore scambiato nel condensatore Uguagliando le due espressioni di Q si ottiene t 9a t u In E e CA da cui c G t t S A 1 g e Q t ed anche Cas t t e cGy 7 t Ammettendo un certo rapporto dato dall esperienza fra la portata dell acqua e quella del
312. ssi ad acqua di mare l acqua di mare alcalina in natura e contiene bicarbonati il che indica un alta capacit di rimozione della SO Nel processo la SO assorbita nella forma di ioni solfato i quali sono un naturale costituente dell acqua marina dopo il lavaggio dei fumi l acqua utilizzata trattata con aria per ridurne l acidit e quindi scaricata di nuovo in mare Sistemi avanzati di abbattimento con acqua di mare possono raggiungere efficienze di rimozione fino al 95 bruciando carbone con meno dell 1 di contenuto di zolfo Il continuo sviluppo della tecnologia degli assorbitori ad umido ha permesso una progressiva riduzione dei costi di tale equipaggiamento una stima dei costi medi di esercizio e manutenzione di un impianto tipico di potenza quantifica nel 10 la spesa complessiva per la desolforazione del gas Si comprende quindi come la riduzione dei costi ambientali sia un elemento essenziale per il pieno inserimento di tali dispositivi in tutti gli impianti di generazione che lo richiedano come per l ottenimento di condizioni pi favorevoli per l utilizzo della economica fonte carbonifera o 4 O caldaia turbina gener 10 0 H ESP gt A Costi operativi di un impianto di potenza OSCR 3 incluso il controllo ambientale CD FGD H trattam acque reflue 78 Se negli anni 70 il costo di investimento medio degli FGD ad umido era approssimativamente di 400 per kilowatt di potenza generata la maturazione del
313. ssione a due flussi contrapposti Two casing double flow steam turbine with shell mounted valves Two casing double flow steam turbine with off shell valves Per potenze ancora maggiori bisogna ricorrere a pi sezioni di bassa pressione a doppio flusso Three casing four flow steam turbine 109 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche Bisogna poi separare 1 corpi di alta e media pressione in tal modo si raggiungono potenze di 1200 MW e oltre Five casing six flow steam turbine Per le turbine installate nelle centrali nucleari riducendo le velocit periferiche con l adozione di alternatori a 4 poli si utilizzano nell ultima fila pale di lunghezza ancora maggiore 1321 mm 52 pollici Le potenze raggiungono i 1500 MW Le configurazioni adottate prevedono risurriscaldatori separatori di umidit MSR moisture separator reheater tra le sezioni di alta e di bassa pressione Rating Range Approx MW To 650 Nuclear turbine arrangements 110 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche Turbina a vapore MITSUBISHI da 1200 MW per centrali nucleari E LL Manti ep Ab i N T i cc cit TT T cn LI E Turbina a vapore ALSTOM da 1560 MW Centrale nucleare di Chooz Francia 111 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche L albero di turbina sostenuto da cuscinetti portanti del tipo a strisciamento lubrificati e raffreddati da olio in pressione
314. stalli di aFe203 e un velo esterno sottile di aFe203 in cui sono assenti creste e ondulazioni La diversa compattezza dei depositi riduce drasticamente la crescita dei film superficiali e quindi la necessit di procedere a frequenti lavaggi acidi E infine da osservare che la solubilit dell aFe20 di diversi ordini di grandezza inferiore a quella della Fe304 2 Quale metro per un confronto tra condizionamento ossidante CWT e condizionamento riducente AVT pu essere utilizzato quello della misura dei prodotti della corrosione presenti nei vari punti del ciclo termodinamico discriminando le forme solubili e totali e all interno del solubile le forme bi e trivalenti dello ione Questo tipo di misura differenziata permette di individuare e la stabilit dello strato d ossido formatosi sulle superfici mediante la misura del ferro sospeso e entit della corrosione in atto mediante la misura del ferro solubile e le condizioni di corrosione mediante il rapporto tra ferro bivalente e trivalente 209 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche I vantaggi tecnici e gestionali connessi con il condizionamento ossidante CWT possono cos essere riassunti minori oneri gestionali nell approvvigionamento delle resine polverizzate per i filtri Powdex e dei reagenti per il condizionamento chimico per PITAR e per la rigenerazione delle resine dell impianto di trattamento del condensato e dell impianto di demineral
315. subita dal sistema termicamente isolato costituito dalle due sorgenti dal corpo intermediario cio dal corpo che scambia calore con tali sorgenti e dagli organi meccanici delle macchine fosse completamente invertibile Perch la trasformazione sia invertibile il corpo dovr ricevere calore dalla sorgente a temperatura T avendo la temperatura T e dovr cedere calore alla sorgente a temperatura T avendo la temperatura Tz dovr quindi ricevere calore durante una espansione isotermica a temperatura T e cedere calore durante una compressione isotermica a temperatura T2 Dovendo poi il corpo descrivere un ciclo esso dovr passare dalla temperatura T alla temperatura Tz e viceversa poich il ciclo deve essere invertibile il corpo durante i suddetti passaggi non dovr subire scambi di calore con le sorgenti dovr cio sub re trasformazioni adiabatiche Capitolo 3 Le centrali termoelettriche 1 3 1 Ciclo Rankine Lo schema di principio di un normale impianto con turbina a vapore pu essere rappresentato dalla figura seguente dove sono indicati gli elementi essenziali al funzionamento dell impianto il generatore di vapore detto comunemente caldaia la turbina il condensatore la pompa alimento alternatore generatore di vapore condensatore pompa alimento Il ciclo che rappresenta il funzionamento di questo impianto il ciclo Rankine che differisce dal ciclo ideale di Carnot soprattutto per il fatto
316. sul suo fluido motore il vapore variandone la portata o le caratteristiche Si ottengono cos i due modi fondamentali di regolazione e per parzializzazione del vapore e per laminazione del vapore La parzializzazione realizzabile soltanto se almeno il primo stadio della turbina costituito da elementi ad azione In tal caso il vapore ammesso in uno o pi settori ugelli che alimentano la prima ruota in modo da regolare la portata del vapore senza mutarne le caratteristiche in entrata La regolazione per laminazione si realizza invece provocando una caduta di pressione del vapore all ammissione tramite valvole tale fenomeno presente anche nella regolazione per parzializzazione ai carichi che non corrispondono alla completa apertura delle singole valvole La laminazione provoca una diminuzione dell entalpia del vapore entrante in turbina e quindi un peggioramento del rendimento Nelle grandi turbine usata la regolazione per parzializzazione integrata da una moderata laminazione per la modulazione continua del carico Le valvole parzializzatrici valvole di regolazione vengono aperte in sequenza In fase di avviamento le valvole di regolazione sono completamente aperte e la regolazione di velocit fatta per mezzo delle valvole di presa o emergenza in modo da avere ammissione di vapore su tutta la periferia arco totale evitando riscaldamenti non uniformi della turbina La regolazione trasferita alle valvole di regolazione p
317. t Pass 2nd Pass 3rd Pass 550 500 450 400 350 Temperature C 300 250 200 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000 3200 3400 3600 3800 Enthalpy kJ kg 49 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche 2 2 2 Combustibili liquidi I combustibili liquidi che si usano nelle centrali termoelettriche derivano dalla distillazione del petrolio greggio sono composti quasi esclusivamente da idrocarburi e contengono mediamente 184 di carbonio il 12 di idrogeno e il 2 di ossigeno Il contenuto in zolfo varia secondo la provenienza del greggio ed i trattamenti di desolforazione effettuati in raffineria L olio combustibile bunker C detto comunemente nafta pesante viene classificato in e ATZ alto tenore di zolfo S gt 2 3 e MTZ medio tenore di zolfo 1 3 lt S lt 2 3 e BTZ basso tenore di zolfo 0 5 lt S lt 1 3 e STZ senza tenore di zolfo S lt 0 5 Il potere calorifico inferiore dell ordine di 9 600 9 800 kcal kg L approvvigionamento del combustibile liquido avviene attraverso navi cisterna bettoline autobotti vagoni ferroviari oleodotti Il parco combustibile un polmone che serve a compensare lo sfasamento tra l afflusso del combustibile e il consumo in modo tale che il diagramma di fornitura abbia un andamento ottimale I serbatoi metallici sono di forma cil
318. ta di rendimento che aumenta al diminuire del titolo Le perdite allo scarico sono costituite da quattro componenti perdite effettive di distacco dovute all energia cinetica del vapore che lascia l ultimo stadio perdite dovute al raccordo tra turbina e condensatore dovute al cambio di direzione della velocit del vapore che esce dalla turbina ed entra nel condensatore perdite per restrizione anulare attrito all ingresso del condensatore perdite per vortici sensibili soprattutto ai bassi carichi o con alta pressione allo scarico Esistono infine le perdite meccaniche dovute all attrito nei supporti la cui energia relativa dissipata in calore fornito all olio di lubrificazione Il consumo specifico della turbina e del relativo ciclo rigenerativo viene ricavato da bilancio termico A seconda delle finalit che si prefigge il bilancio termico pu essere di collaudo in condizioni nominali di funzionamento e in condizioni diverse dalle nominali Il bilancio termico di collaudo ha come scopo principale la verifica delle garanzie di funzionamento ed efficienza delle parti dell impianto previste nel contratto di fornitura e viene eseguito secondo le norme ASME American Society of Mechanical Engineers L esecuzione di questo bilancio parte da certe situazioni d impianto concordate con il costruttore in ogni caso prossime alle condizioni di progetto per arrivare a determinare un consumo specifico di prova Da questo con o
319. tata singola di circa 1000 m h La quantit di calore che occorre asportare per refrigerare i vari macchinari ausiliari elevata e per un gruppo da 320 MW di circa 6 000 Mcal h 8 4 Ciclo aria compressa In centrale l aria compressa impiegata per svolgere diversi compiti in base ai quali si individuano cinque circuiti principali e aria strumenti destinata all alimentazione dei regolatori degli strumenti dei servomotori facenti parte della regolazione pneumatica Tale aria deve essere priva di umidit polveri olio e aria servizi destinata ad usi vari di centrale quali l aria di sbarramento delle portine delle caldaie pressurizzate l aria di alimentazione delle turbinette di emergenza dei Ljungstr m l aria per l alimentazione degli attrezzi pneumatici ecc aria di comando interruttori quella impiegata per il comando degli interruttori ad aria compressa della stazione elettrica e aria di comando interruttori quella impiegata per il comando degli interruttori ad aria compressa della stazione elettrica 162 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche e aria di soffiatura viene impiegata dai soffiatori in alternativa al vapore per rimuovere lo strato di fuliggine che si deposita sulle pareti e sulle serpentine di caldaia Il getto d aria o di vapore investendo con forza fuliggini e ceneri ne provoca il distacco e la caduta nelle tramogge e aria per evacuazione ceneri leggere di cald
320. tatori elettrostatici I primi variando la velocit dei gas nei condotti mediante allargamenti di sezione o bruschi cambiamenti di direzione provocano la caduta per gravit delle particelle solide sospese Le polveri che si sono separate vengono successivamente estratte dalle tramogge di raccolta sottostanti I precipitatori elettrostatici detti anche elettrofiltri basano il loro funzionamento sul principio di attrazione dei corpi dotati di carica elettrica di segno opposto Essi sono costituiti da un insieme di elementi filiformi e di piastre disposti verticalmente in un ampia camera del condotto dei fumi e mantenuti in tensione tramite un sistema di alimentazione in corrente continua ad alta tensione circa 50 kV in modo da creare all interno della camera un campo elettrostatico Gli elettrodi filiformi sostenuti da telai poggianti su appositi isolatori sono collegati alla polarit negativa e hanno il compito di caricare negativamente le particelle solide dei fumi queste verranno successivamente attratte dalle piastre collegate alla polarit positiva che posta francamente a terra Trasformatore raddrizzatore etto i Passo d uomo Motore di scuotimento elettrodi di scarica core a sto a i i Ceiling Trave di sommit Condotto di uscita Passo d uomo Elettrodo di captazione Condotto d ingresso Wia di passaggio interna Isolante Motore di scuotimento elettrodi di captazione Tramoggia
321. te dell acqua condensatrice aerata e in rapido movimento La conseguente riduzione catodica dell ossigeno si accoppia con il processo anodico di corrosione del meno nobile dei metalli presenti Le piastre tubiere in ottone Muntz subiscono inizialmente una leggera dezincificazione e la superficie si ricopre di uno strato rossastro di rame metallico I coperchi in ghisa grigia subiscono un processo di grafitizzazione e la superficie si ricopre di uno strato poroso ma coerente di grafite Un rimedio contro la corrosione galvanica consiste nell apportare mediante verniciatura uno strato protettivo su piastre e coperchi Un secondo importante rimedio consiste nell inserzione nelle casse d acqua di piastre di metallo poco nobile zinco o ferro Armco il quale viene a costituire la zona anodica soggetta a corrosione anodi sacrificabili e abrasione Le estremit dei tubi possono subire un processo inverso dovuto all abrasione di sostanze solide presenti nell acqua che distruggono il film protettivo derivante dalla passivazione e corrosione per impingement Lo strato protettivo di prodotti di corrosione che riveste l interno dei tubi del condensatore pu essere rimosso localmente a causa dell azione meccanica derivante da velocit elevate dell acqua di circolazione Il fenomeno che viene chiamato impingement e si verifica particolarmente con acqua di mare viene accresciuto dalla presenza di solfuri e di bolle d aria di grosse
322. tempo necessario per il lavaggio della camera di combustione si proceder alla riaccensione dei bruciatori in caso contrario dopo 480 secondi verranno automaticamente richiesti il blocco elettrico e il blocco turbina Nelle caldaie ad attraversamento forzato invece il blocco termico provoca istantaneamente il blocco elettrico e lo scatto turbina non infatti disponibile una grande capacit di energia accumulata in caldaia da cui poter prelevare vapore dopo lo spegnimento dei fuochi Sono protezioni tipiche delle caldaie UP e provocano il blocco termico e bassa portata acqua alimento e arresto di entrambe le pompe alimento alta conducibilit acqua alimento mancata chiusura valvole bypass gabbie mancanza acqua di circolazione nel condensatore alta pressione pareti caldaia protezioni sul circuito di avviamento 24 La fase preliminare dell accensione bruciatori prevede un periodo circa 5 minuti di ventilazione della caldaia con una portata d aria pari al 30 di quella nominale in modo da asportare eventuali sacche di gas incombusti che possono accumularsi dopo uno scatto e riavviamento del gruppo 158 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche Blocco elettrico Presuppone il verificarsi di un evento di natura elettrica o riguardante le apparecchiature elettriche alternatore trasformatori principali e ausiliari sbarre servizi ausiliari Le azioni provocate dal suo intervento sono rivolte a separare dalla rete
323. ter o IC Cooli Cold Reheat ooling Reheater C Main Steam Rm p E 4Generator i a i a E EEEE 11 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche L effetto della temperatura finale raggiunta dall acqua alimento all uscita dell ultimo riscaldatore AP e della pressione del vapore risurriscaldato sul rendimento termodinamico di turbina nel caso di semplice e doppio risurriscaldamento evidenziato nelle figure seguenti L adozione di un riscaldatore HARP comporta un miglioramento di rendimento di circa lo 0 5 nel caso di semplice risurriscaldamento Il miglioramento pi contenuto nel caso del doppio risurriscaldamento 1 TP Heater at Cold Reheat Point VI S Top Heater at Cold Reheat Point 05 ie 5 N 5 aa x 3 wL E a sb z 282 g s 293 a x cc Top Heater Above Reheat Point Top Heater e Reheat Point 0 5 30 40 50 60 70 80 90 100 110 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 Hot Reheat Pressure at Rating bar First Hot Reheat Pressure at Rating bar Figures on Curve are Final Feedwater Temperatures C Figures on Curve are Final Feedwater Temperatures C Molto importante ai fini del rendimento ottenibile nel caso di doppio risurriscaldamento la scelta delle pressioni di risurriscaldamento Un esempio di ottimizzazione incrociata delle pressioni del primo e del secondo risurriscaldamento mostrato nella figura seguente In genere la pressione del primo risurriscal
324. termoelettriche 3 3 2 Caldaie a circolazione controllata Nelle caldaie funzionanti ad elevate pressioni non volendo proporzionare la sezione dei tubi schermo in modo da ottenere basse perdite di carico si aiuta la circolazione inserendo pompe nel circuito in modo da fornire all acqua la pressione necessaria per vincere le resistenze passive ed assicurare una corretta e costante circolazione nei tubi Le pompe vengono denominate pompe di circolazione caldaia PCC ed il sistema di circolazione prende il nome di circolazione controllata o assistita circolazione controllata L inserimento delle pompe effettuato sui tubi di caduta del corpo cilindrico che anzich alimentare i collettori degli schermi vaporizzatori confluiscono in un collettore dal quale aspirano le pompe di circolazione La prevalenza di queste pompe solo quella necessaria per integrare la circolazione naturale pompa bussola anello Le pompe sono centrifughe ad asse verticale a raffredd semplice girante con il motore elettrico immerso nell acqua alla stessa pressione della A R pompa ma isolato termicamente da essa tramite un lungo manicotto a tenuta sull albero Il motore dispone poi di un circuito di raffreddamento con refrigerante esterno refrigerante 79 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche Adottando la circolazione assistita le caldaie a corpo cilindrico possono essere progettate senza rischi per un rapporto
325. tica dei tubi la seconda dipende dalle condizioni di funzionamento e dai criteri costruttivi del condensatore Per quanto concerne gli aspetti costruttivi del condensatore possiamo dire che le maggiori sollecitazioni meccaniche si hanno in corrispondenza della mandrinatura dei tubi sulla piastra tubiera Particolarmente dannose risultano poi le vibrazioni del fascio tubiero i punti pi soggetti a sollecitazione sono in questo caso quelli in corrispondenza dei fori di passaggio dei diaframmi e a met del tubo tra un diaframma e l altro dove l ampiezza della vibrazione massima Il ppb detto anche y I la millesima parte del ppm Il ppm parti per milione la quantit in peso di una sostanza presente in un milione di parti di soluzione Per le soluzioni acquose 1mg kg 1mg litro 1ppm 199 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche Le corrosioni lato acqua condensatrice sono le pi frequenti e rivestono quindi maggiore importanza delle precedenti ai fini dell indisponibilit del condensatore Possiamo classificare nel seguente modo i vari casi di corrosione e corrosione galvanica Nei condensatori raffreddati ad acqua di mare o con acque contenenti una certa salinit la conducibilit tale da consentire fenomeni di corrosione galvanica che si manifestano tra piastra tubiera ed estremit dei tubi In corrispondenza delle casse d acqua si ha un forte apporto di ossigeno sulle superfici metalliche da par
326. tici pe SE Sezioni separate AP e MPa doppio flusso 1 sezione integrata AP MP 1 sezione MP a doppio flusso 2 sezioni BP 103 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche Per le unit di potenza pi elevata si pu anche scegliere la configurazione cross compound Queste unit comprendono un albero con lo stadio AP a singolo flusso e lo stadio MP a doppio flusso accoppiato a un alternatore a due poli un secondo albero a velocit dimezzata comprendente due sezioni BP trascina un alternatore a quattro poli Il vapore allo scarico della turbina MP alimenta le sezioni BP tramite due cross over Per molte delle applicazioni con doppio risurriscaldamento una sezione AP a semplice flusso indipendente pu essere accoppiata a un altro corpo comprendente due sezioni per il vapore RH disposte a flussi contrapposti La sezione AP e le sezioni MP sono direttamente accoppiate a una due o tre sezioni BP a seconda della potenza e del valore della pressione allo scarico Doppio risurriscaldamento Rating Range MW 2 Flow 4 Flow 6 Flow 350 500 450 500 350 500 450 750 550 1100 700 1100 Per unit di grande potenza si adotta una configurazione con una sezione AP a semplice flusso e una sezione MP RH1 a semplice flusso in un unico corpo accoppiate a una sezione MP RH2 a doppio flusso in un altro corpo reni Sezione combinata AP MPIRH1 N i Sezione MPIRH2 a doppio flusso 104 Capitolo 3 Le centrali termoelet
327. to alla turbina ha dei tempi di risposta pi lunghi durante le variazioni di potenza viene utilizzato il suo potere di accumulo ci determina una variazione della pressione che per deve essere limitata a valori non eccessivi Volendo individuare come gi per la caldaia a corpo cilindrico il comportamento dinamico della caldaia ad attraversamento forzato si far distinzione tra variabili indipendenti e variabili dipendenti dal sistema stesso disturbi temp acqua alimento temp aria pci combustibile bruciatori J serrande ele ossigeno portata acqua carico My die portata combustibile T _ _ _ _ _ _ __ CALDAIA temperatura SH 9 portata aria l H gt posizione variagiri pressione SH 5 N N i Q N portata desurrisc SH temperatura RH portata desurrisc RH py i portata ricircolazione gas l 176 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche Le variabili indipendenti cio le grandezze manipolabili che controllano il sistema sono e portata dell acqua alimento portata dell aria comburente portata del combustibile apertura delle valvole di turbina posizione variagiri portate dell acqua di desurriscaldamento del vapore SH e del vapore RH portata del gas ricircolato Le variabili dipendenti o grandezze regolate sono e carico elettrico e pressione o portata del vapor
328. to dalla parte inferiore S La velocit di una turbina monocellulare estremamente elevata non possibile quindi utilizzare una simile macchina per l accoppiamento con gli alternatori la cui velocit angolare massima di 3000 giri al minuto Il problema viene risolto suddividendo il rotore in pi corone di palette rotanti intercalate da file di palette fisse che hanno il solo compito di deviare il flusso di vapore sulle successive palette mobili secondo la direzione migliore A pari velocit c di efflusso dal distributore la velocit periferica u n volte minore essendo n il numero degli stadi o salti Questo tipo di turbina ad azione conosciuta sotto il nome di turbina Curtiss dal nome del suo ideatore o turbina a salti di velocit palette fisse del distributore A palette mobili della prima corona palette fisse del primo invertitore palette mobili della j seconda corona palette fisse del secondo invertitore C palette mobili della terza corona Turbina ad azione a salti di velocit Altro tipo di turbina ad azione quella a salti di pressione Rateau in essa la trasformazione dell energia termica in energia cinetica effettuata per salti tramite pi distributori ad ognuno dei quali succede una girante Gli ugelli distributori sono fissati a diaframmi che separano le varie camere delle giranti in ciascuna camera trova posto una ruota montata sull asse che porta alla sua peri
329. to della macchina vincendo l attrito di primo distacco dell albero Ogni turbina munita di un cuscinetto reggispinta atto a reggere la spinta assiale risultante dalle pressioni del vapore agenti sulle palette e impedire eventuali spostamenti assiali rispetto alla cassa Considerando la spinta assiale dovuta al flusso del vapore sempre diretta dal lato ammissione al lato scarico il cuscinetto reggispinta dovr impedire spostamenti assiali in ambedue i sensi poich i flussi di vapore nei vari corpi di turbina hanno direzioni contrapposte per compensare parzialmente le spinte I cuscinetti reggispinta normalmente adottati sono e asettori fissi inclinati e a pattini oscillanti Michell Nel primo tipo la superficie fissa su cui appoggia il collare divisa da scanalature radiali in un certo numero di settori circolari Il disco di spinta si appoggia contro due piastre la cui superficie attiva rivestita di metallo bianco ed divisa in settori separati da scanalature radiali e lavorati in modo da ottenere una rastrematura in senso circonferenziale e radiale Durante la rotazione si forma un meato di olio in grado di permettere al cuscinetto di sopportare elevate pressioni specifiche Il reggispinta del secondo tipo costituito da un certo numero di pattini liberamente oscillanti perch fulcrati al centro sui quali l albero si appoggia tramite un collare piano Quando il collare in moto i pattini assumono l inclinazione pi
330. to di caldaia la pressurizzazione va fatta tenendo una bassa portata all ingresso dell economizzatore e mantenendo un po aperta la valvola 207 Quando si stabilita la circolazione in caldaia il che si rileva dal formarsi del livello nel flash tank si pu cominciare ad aumentare la portata dell alimento fino a raggiungere il 33 modulando contemporaneamente l apertura della valvola 207 per mantenere la pressione in caldaia intorno ai 30 kg cm La portata dell acqua alimento non pu scendere a valori inferiori al 33 per la protezione delle pareti della camera di combustione per questo motivo previsto il circuito di bypass che invia l acqua al flash tank tramite le valvole 202 e 207 durante la prima fase dell avviamento La caldaia fino alle valvole in parallelo 200 e 201 che sono chiuse risulta in pressione per effetto della pompa alimento 178 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche Avviamento da freddo con caldaia ad attraversamento forzato pressione 35 ate cambio combustibile eco n inizio rullaggio turbina m 59 turbina a 3000 rpm Mw 160 140 120 100 80 60 40 20 parallelo pa accensione a gasolio RP temperatura circolazione in caldaia esa 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 ore Nel caso di avviamento dopo blocco termico opportuno procedere in modo analogo Occorre per osservare che in questo caso l operaz
331. to di snellezza e pu al massimo essere pari a 10 12 Dal punto di vista puramente meccanico il limite di potenza imposto dal momento torcente massimo applicato all albero si tratta comunque di potenze assai elevate superiori a 2000 MW per macchine a due poli a 50 Hz Esaminando ora i fattori elettromagnetici e termici si ricava che con i limiti dimensionali sopra citati la potenza massima di un turboalternatore a due poli raffreddato ad aria con ventilazione forzata sarebbe P C D Ln C D nt 300 MVA E evidente che per n 1500 giri min sarebbe ammissibile a pari velocit periferica un diametro doppio del precedente e pertanto la potenza limite sarebbe pP P 2 3 4P 1200 MVA Sostituendo all aria l idrogeno si hanno due importanti vantaggi il peso specifico del gas assai basso 1 14 di quello dell aria e riduce al minimo la potenza spesa per ventilazione inoltre il migliore coefficiente di trasmissione del calore e l elevato calore specifico consentono di aumentare sensibilmente la densit lineare di corrente nello statore e l induzione nel ferro aumentando quindi la potenza a pari dimensioni della macchina La forte reazione d armatura che si ottiene viene fronteggiata dal rotore a prezzo di un aumento dell eccitazione che possibile solo forzandone il raffreddamento il rotore rappresenta quindi nei turboalternatori l elemento che limita la potenza della macchina Poich l idrogeno un gas
332. to e consentendo l espansione del vapore fino a una pressione molto inferiore a quella atmosferica e recuperare sotto forma di acqua di condensazione il vapore impiegato in turbina e costituire unitamente al degasatore e al corpo cilindrico una riserva di acqua utile a fronteggiare brusche variazioni di portata nel ciclo termico La pressione assoluta al condensatore quella dello scarico di turbina ed legata alla temperatura dell acqua condensatrice con temperatura dell acqua condensatrice di circa 20 C si pu condensare il vapore alla temperatura di 32 C cui corrisponde una pressione assoluta di 0 05 ata Il condensatore quindi sotto vuoto Per mantenere tale vuoto necessario per un buon rendimento occorre allontanare continuamente i gas incondensabili e le rientrate d aria al condensatore per questo sono adottati speciali tipi di pompe pompe del vuoto o eiettori a vapore La scelta del fluido refrigerante e la sua utilizzazione in circuito aperto o chiuso determinano sia le caratteristiche costruttive del condensatore che quelle del ciclo dell acqua condensatrice Il fluido refrigerante in genere acqua di mare o di fiume Il condensatore del tipo a superficie refrigerato in ciclo aperto quando la disponibilit dell acqua adeguata alle necessit oppure in caso contrario in ciclo chiuso con torri di raffreddamento Un condensatore a superficie refrigerato ad acqua essenzialmente costituito da
333. tore e la dilatazione assoluta della cassa e l ampiezza delle vibrazioni dei supporti e la velocit della turbina e le temperature del metallo della cassa turbina e della cassa valvole La tubina inoltre protetta contro condizioni di marcia pericolose Una di queste certamente la salita di giri al di sopra dei nominali sovravelocit in caso di perdita istantanea del carico totale per apertura dell interruttore di macchina In tal caso l aumento di velocit tanto maggiore quanto pi lento l intervento delle valvole di controllo del vapore SH e RH Si comprende quindi che un cattivo funzionamento della regolazione pu causare oltre a pericolosi aumenti di velocit enormi sollecitazioni delle parti rotanti Il dispositivo di protezione contro la sovravelocit ha lo scopo di effettuare la fermata della turbina allorch essa raggiunge una velocit pari al 110 di quella di regime Un altro dispositivo protegge la turbina dal basso vuoto infatti qualora il vuoto al condensatore dovesse peggiorare oltre un certo limite con aumento considerevole della pressione il regolare funzionamento della turbina verrebbe pregiudicato La turbina inoltre protetta contro il cedimento del cuscinetto reggispinta la bassa pressione dell olio ai cuscinetti l alta temperatura del vapore allo scarico BP 116 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche 5 Impianti di condensazione 5 1 Condensatore Il conde
334. tri blocchi Il blocco elettrico e lo scatto turbina non provocano il blocco termico a meno che non sia fallito il trasferimento dei servizi ausiliari all alimentazione dalla rete esterna in questo caso venendo a mancare l alimentazione ai motori del macchinario principale si deve mettere fuori servizio anche la caldaia Le protezioni che intervengono sul blocco termico nel caso di caldaia a corpo cilindrico sono le seguenti e blocco del sistema automatico bruciatori mancanza alimentazione mancanza fiamma chiusura valvole combustibile arresto di 2 su 2 ventilatori aria bassa portata aria bassa pressione combustibile alta pressione camera di combustione basso livello corpo cilindrico basso Ap pompe circolazione caldaia alta temperatura vapore SH bassa pressione aria mandata ventilatori raffreddamento scanner rivelatori di fiamma Il blocco termico comanda l apertura dell interruttore di macchina la chiusura delle valvole dei combustibili l arresto delle pompe nafta e gasolio e la chiusura delle valvole di desurriscaldamento vapore SH e RH Se il blocco termico stato provocato dall intervento di una protezione di caldaia si ritiene opportuno staccare il gruppo dalla rete e lasciare la turbina e l alternatore in servizio per l alimentazione dei servizi ausiliari sfruttando l energia accumulata in caldaia Se la causa di blocco pu essere individuata e rimossa in un tempo ragionevolmente breve trascorso il
335. triche 4 5 Caratteristiche costruttive delle turbine Le casse o cilindri rappresentano le parti fisse della turbina e sono costituite da due semigusci quello inferiore e quello superiore uniti tramite bulloni montati a caldo Le dimensioni delle casse dipendono da quelle della palettatura che devono alloggiare e dalle camere per l ingresso del vapore e per gli spillamenti Una turbina essenzialmente composta da una cassa comando regolazione da un cilindro di alta pressione AP un cilindro di media pressione MP incorporato o separato da quello di AP e uno o pi cilindri di bassa pressione BP La cassa comando regolazione contiene tutti gli organi di regolazione e poggia sul cemento della fondazione cavalletto di turbina tramite una piastra metallica il cui scopo quello di permettere lo slittamento della stessa cassa quando la macchina si dilata Il cilindro AP a seconda delle pressioni di esercizio e delle dimensioni della turbina pu essere del tipo a singolo involucro ammissione del vapore e settore ugelli inseriti direttamente nell involucro oppure a doppia cassa La seconda soluzione consente di suddividere in due salti la differenza di pressione esistente tra camera ruota 1 stadio e l ambiente esterno inoltre consente di contenere entro valori accettabili le differenze di temperatura tra superficie interna ed esterna della prima cassa interna mediante l adozione di una barriera di calore Infatti il v
336. ttamento precedente e di impedire una forte ossidazione delle superfici trattate La fase di neutralizzazione consiste nel trattare la caldaia con una soluzione contenente di norma ammoniaca ed agenti complessanti del ferro e del rame acido citrico persolfato d ammonio e al fine di ottenere una prima passivazione del metallo un agente ossidante nitrito di sodio In tale fase vengono disciolti i depositi di ferro e di rame eventualmente presenti e si forma la magnetite che ovviamente di natura polverulenta e non ancora stabilizzata Per avere magnetite compatta e omogenea occorre procedere alla passivazione finale con l impiego di idrazina ad alta temperatura viene scelta la temperatura di saturazione del vapore acqueo corrispondente alla pressione di 30 40 ate E buona norma mantenere la caldaia a questi valori di pressione per un periodo di almeno 48 ore prima di passare all esercizio vero e proprio 208 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche 10 6 Condizionamento con ossigeno Il condizionamento ossidante del ciclo acqua vapore denominato CWT combined water treatment negli ultimi anni ha conosciuto una grande diffusione e ha spesso sostituito il trattamento riducente a base di idrazina e ammoniaca detto AVT all volatile treatment Inizialmente diffuso nelle centrali termoelettriche tedesche il condizionamento CWT che si basa sul dosaggio di quantit calibrate di ossigeno nell acqua del ciclo in modo da fa
337. ttraverso la limitazione dell eccesso di aria comburente 11 3 2 Interventi secondari di denitrificazione Il trattamento dei gas di combustione mediante la tecnologia SCR si basa sulle seguenti reazioni 4 NO 4NH3 03 4 N 6 H 0 6 NO 8 NH 7 N 12 H2O Tali reazioni sono catalizzate da sistemi a base di ossidi metallici i cosiddetti componenti attivi V205 e o WO su TiO utilizzati in strutture a nido d ape honeycomb o a piastre in modo da poter operare con basse perdite di carico Le suddette reazioni hanno la massima efficienza tra 320 e 400 C A tali temperature gli ossidi di azoto sono presenti nel gas di combustione per oltre il 90 sotto forma di monossido di azoto NO e per il resto come biossido di azoto NO2 Il contenuto minimo di ossigeno nei gas di combustione in grado di assicurare la conversione del monossido di azoto intorno allo 0 5 valori ottimali si hanno con una concentrazione di ossigeno superiore all 1 Si tratta in ogni caso di valori rispettati nella normale conduzione di un impianto termoelettrico In una centrale termoelettrica i fumi provenienti dalla caldaia vengono prelevati a valle dell economizzatore ed inviati ai reattori catalitici ove il catalizzatore alloggiato su strati in apposite strutture disposti in modo tale che i fumi li percorrano in verticale dall alto verso il basso e dove viene dosato un quantitativo di ammoniaca tale da ottenere l abbattimento desider
338. ttrochimica che avviene ad umido e corrosione chimica che avviene sia a secco che a umido Di queste due tipologie riveste maggiore interesse nel nostro caso la corrosione in ambiente umido La scienza moderna ha sviluppato una teoria elettrochimica che permette di chiarire lo svolgimento dei processi corrosivi in ambiente umido Tale teoria afferma sostanzialmente che l umidit sulla superficie di un metallo funge quale mezzo scambiatore di ioni tra punti a diverso potenziale elettrico Ogni metallo posto in contatto con un solvente ad esempio l acqua ha una certa tendenza a lasciare andare in soluzione i suoi atomi sotto forma di ioni teoria di Nernst In particolare il ferro a contatto con una soluzione tende a dissociarsi in forma ionica secondo l equilibrio Fe gt Fe 2e Qualsiasi fenomeno chimico o fisico in grado di rompere l equilibrio di cui sopra quindi qualsiasi fenomeno in grado di sottrarre ioni Fe o elettroni comporta uno scioglimento del ferro ovvero una corrosione Per avere una sottrazione di elettroni basta che ci siano zone a differente potenziale atte a favorire il procedere della reazione di dissoluzione del ferro Durante la corrosione del ferro in acqua ogni atomo di ferro cede due elettroni e diventa ionizzato positivamente Gli elettroni migrano nel circuito fino al catodo e reagendo con gli idrogenioni danno luogo allo sviluppo di idrogeno gassoso Gli ioni ferrosi liberati all anodo son
339. tuali protezioni Le sollecitazioni di origine termica che sono in genere conseguenza transitoria dello stato di funzionamento della turbina avviamenti a freddo e a caldo variazioni di carico erano prima sottoposte al solo controllo manuale dell operatore il quale cercava scrupolosamente di seguire le istruzioni del costruttore Nelle macchine moderne a disposizione un apparecchiatura di controllo automatico delle sollecitazioni che consente di seguirne in tempo reale l andamento in modo che durante il funzionamento della turbina non venga superato un certo coefficiente di danno 190 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche 9 6 Regolazione alternatore La qualit di fornitura dell energia elettrica tanto migliore quanto minori sono le variazioni di frequenza e di tensione all utenza al variare delle condizioni di esercizio dell utenza stessa e della rete Il sistema elettrico nel suo complesso produzione trasmissione distribuzione deve essere pertanto in grado di garantire variazioni di tensione e di frequenza ai nodi utilizzatori entro limiti quanto mai ristretti A tale scopo devono concorrere in modo determinante i generatori elettrici Le variazioni delle potenze attive e reattive assorbite dalle utenze e transitanti sul sistema elettrico provocano variazioni delle cadute di tensione e quindi dei valori della tensione ai morsetti degli apparecchi utilizzatori E necessario ricorrere ad una regolazione co
340. udiata in modo da tener conto della loro specifica funzione e della posizione prefissata di alcune opere presa e restituzione dell acqua condensatrice pontile per lo scarico del combustibile trasportato per via d acqua raccordi stradali e ferroviari stazione elettrica collegata alle linee ad alta tensione e per rendere pi brevi i necessari collegamenti tubazioni per l acqua il vapore e i combustibili liquidi o gassosi nastri trasportatori per i combustibili solidi sbarre e cavi per i collegamenti elettrici D altra parte l area dell impianto deve essere percorsa da un ampio e razionale sistema di strade e piazzali per rendere agevole l accesso a tutte le installazioni Inoltre opportuno per ragioni di sicurezza che il parco combustibili sia un po discosto dalla caldaia e dalla sala macchine 2 opera di scarico pi 28 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche Dal punto di vista costruttivo sono stati messi a punto dall ENEL progetti unificati e per i gruppi da 320 MW e 660 MW sono stati adottati gli stessi criteri di base e precisamente e sala manovra comune a due gruppi e concentrazione della massima parte degli ausiliari del ciclo intorno alla turbina e schema monoblocco Lo schema monoblocco ogni gruppo turbina alternatore associato ad una sola caldaia e 1 relativi ausiliari elettrici sono alimentati da un trasformatore derivato dal montante dell alternatore prevede una maggiore sempl
341. uesto cammino quello che genera l aliquota maggiore degli ossidi di azoto che si formano nella combustione di carbone Se si assicura un atmosfera riducente i precursori organici degli ossidi di azoto possono attraverso meccanismi complessi trasformarsi in azoto atmosferico entrando cos in competizione con le reazioni di formazione degli ossidi di azoto Negli oli pesanti il contenuto di azoto pu variare da 0 2 a 0 7 in peso il valore di riferimento nei progetti ENEL 0 6 Nella combustione di olio pesante si pu stimare oltre un valore di base non abbattibile una quota di NO da combustibile pari a circa 50 mg Nm per ogni 0 1 di azoto nell olio di partenza La formazione degli NO in camera di combustione e la loro presenza nei fumi in uscita dalla caldaia dipende dunque sia dalla natura e composizione del combustibile sia dalle condizioni della combustione Pertanto il controllo della combustione consente anche il controllo all origine delle emissioni di NO 227 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche In generale le forme di intervento cui si fa ricorso per attuare il controllo della formazione degli ossidi di azoto utilizzano uno o pi dei seguenti principi e riduzione delle temperature massime di combustione e dei tempi di permanenza del combustibile nelle zone calde limitazione degli ossidi di azoto termici e riduzione del tenore di ossigeno nelle zone di combustione limitazione degli ossidi
342. una tramite un trasformatore le rispettive sbarre B a 380 V dalle quali vengono derivate le utenze minori Dalle sbarre AG a 6 kV partono le alimentazioni ai trasformatori destinati ad alimentare i servizi comuni ai gruppi luce forza motrice parco combustibili ecc e le sbarre BG che alimentano ancora servizi comuni impianti chimici griglie rotanti ecc e sono collegate alle sbarre BGE emergenza che possono essere alimentate con commutazione automatica dai gruppi elettrogeni Dalle sbarre BGE sono derivati quei servizi ritenuti indispensabili per la sicurezza dell impianto L alimentazione in emergenza alle sbarre a 380 V fornita tramite un trasformatore a tre avvolgimenti che in condizioni normali viene alimentato dalle sbarre AG mentre in situazioni di emergenza pu essere alimentato da una linea esterna a 15 KV 140 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche I quadri principali a 380 V power center sono centralizzati essi alimentano i motori con potenza superiore a 50 kW ed i quadri manovra motori QMM detti anche motor control center MCC Sono costituiti da scomparti modulari ognuno dei quali contiene a seconda che siano distributori o alimentatori due o tre interruttori a deionizzazione magnetica comandati da solenoide o da molla un TA ed un rel di massima corrente incorporati con scatto ritardato o istantaneo 20 kW 1TA1 dalle BGE l r a i I I T Co
343. uno scambiatore di calore ed entra nella torre di assorbimento salvo non essere prima lavato in una apposita torre di prelavaggio il prescrubber qui la SO rimossa per contatto diretto con una sospensione acquosa di calcare finemente macinato Clean Gas Outlet Moisture Separator Water wash Z Nozzles a Interspatial Spray Level a i hi AP silicon Carbide k A Pon Slurry Spray G Nozzie Recirculation Aboy N Pumps Perforated Oxidation Alr Agitator LN gt Header Torre di assorbimento ad umido 216 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche Il gas desolforato passa quindi attraverso un separatore di umidit demister riattraversa lo scambiatore di calore generalmente uno scambiatore rotativo tipo Ljungstr m ed emesso nell atmosfera attraverso il camino Gas pulito lt ZZZZZZZZZZZ O X amp SSA Acqua COCCELLZZ Acque reflue LIA INON AN 4 aN FN Gas grezzo gt V Pia x 3 en ZA Aria ossid gt Er Nnr Nnr gt Q N Calcare gt 0 DAN ba 7 Y i Acqua A Gesso Diagramma di flusso schematico di un FGD calcare gesso I prodotti di reazione rimasti nell assorbitore vengono invece investiti da un flusso di aria di ossidazione nella parte inferiore della torre in cui si depositano onde consentire la formazione di solfati CaSO4 dai solfiti CaSO3 precedentemente ottenuti a questo punto vengono prelevati dal fondo
344. use viene utilizzata in un elemento turbina l energia derivante dalla velocit conferita ad una certa quantit di fluido da un elemento pompa Vi sono due giranti affacciate e dotate di palette che delimitano delle nicchie di forma semisferica racchiuse in un carter contenente una certa quantit di olio La girante pompa collegata al motore elettrico pone in rotazione l olio che per la forza centrifuga si dispone alla periferia del giunto Al raggiungimento di una certa velocit l azione della pompa fa s che si venga a formare una circolazione d olio tra le nicchie della girante pompa e le corrispondenti della girante turbina questo flusso d olio costituisce un vero e proprio collegamento fra le due giranti in virt del quale si ha la trasmissione del movimento La velocit di rotazione della girante turbina sar inferiore a quella della girante pompa perch esiste un certo scorrimento 133 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche Il valore della coppia trasmissibile a parit di altre condizioni funzione della portata volumetrica del fluido circolante fra le due giranti e quindi della quantit d olio presente nella camera di lavoro Variando quindi il livello dell olio tramite un tubo pescante detto scoop si varia la velocit trasmessa all albero secondario collegato alla pompa alimento Giunto fluidodinamico Voith 1 Girante primaria 5 Comando valvola limitatrice 2 Girante secondaria 6 Reg
345. utilizzato Questi processi utilizzano reagenti a base di sodio Na S0 o magnesio MgO mentre il prodotto di reazione zolfo o acido solforico H2S04 una volta recuperato dai gas grezzi pu essere venduto contribuendo parzialmente a ridurre gli alti costi di impianto che tale tecnologia richiede Pur non richiedendo la messa a discarica dei reflui e producendo acque di scarico in misura limitata i processi rigenerativi necessitano generalmente di un prelavatore per il controllo dei cloridi onde offrire al mercato zolfo di buona qualit hanno elevati costi di capitale ed elevato consumo di energia va infatti messo nel conto oltre al processo di desolforazione anche quello inverso di estrazione successiva dei composti di zolfo dal prodotto di reazione per il recupero chimico del reagente Certamente la pi diffusa tecnologia a rigenerazione il processo Wellman Lord la SO separata dal gas tramite una soluzione acquosa di solfito di sodio la susseguente rigenerazione del reagente produce un flusso di anidride solforosa concentrata che pu essere convertita in un prodotto commerciabile come SO liquida acido solforico o zolfo Un tipico diagramma di processo mostrato in figura Precipitatore Camino Condensatore Ventilatore By pass 7 N ad AERA N x gt DE da Pa Booster I Assorbitore S Ceneri volanti Scambiatore J di calore DATAS Carbonato di sodio idrossido VI 7 A Spurgo lt l _Solfati Acqua
346. vapore si ricava la temperatura di uscita ty e quindi valutando il coefficiente a si calcola la superficie di scambio del condensatore Basandosi su questo valore si stabilir un primo progetto del condensatore determinando il numero dei tubi e le loro dimensioni per successive approssimazioni si determiner la dimensione del condensatore rispondente alle condizioni volute Il coefficiente globale di trasmissione a dato dalla nota relazione l l s 1 gt a a a Oy coefficiente di trasmissione fra parete e vapore che condensa 10 kcal m h C conduttivit termica del tubo di spessore s 70 kcal m h C Ca coefficiente di trasmissione fra parete e acqua condensatrice 4 5 10 kcal m h C 119 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche Il controllo dell incremento di temperatura dell acqua condensatrice consente di verificare sia l efficienza del condensatore che quella dell impianto di pompaggio dell acqua Variazioni di tale parametro a parit di ogni altra condizione sono sintomo di sporcamento del fascio tubiero Per esigenze ecologiche l alterazione termica deve essere contenuta entro limiti stabiliti a norma di legge in modo da non influenzare negativamente la vita biologica Per i fiumi la differenza massima fra le temperature medie a monte e a valle della derivazione dell impianto non deve superare i 3 C mentre la differenza massima di temperatura tra due met sezioni qualsia
347. vapore C E a circolazione controllata Potenza elettrica 320 MW Portata vapore SH 1050 t h Pressione vapore SH 170 bar Temperatura vapore SH RH 538 538 C 59 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche Il calore Qe introdotto in camera di combustione nell unit di tempo dato da fg E O G c dt G pci Ga portata di aria in peso kg h Ca calore specifico dell aria a pressione costante kcal kg C ta temperatura dell aria comburente all ingresso in camera di combustione C G portata del combustibile kg h pci potere calorifico inferiore del combustibile Il calore contenuto nei prodotti della combustione in assenza di scambi con l esterno sar uguale al precedente e sar pari a 0 G c di Gr portata in peso dei fumi kg h tr temperatura dei fumi prodotti nella combustione C Cf calore specifico dei fumi kcal kg C La combustione perfetta con l aria in quantit stechiometrica d una temperatura dei fumi di circa 2 000 C la combustione con gli eccessi d aria impiegati nelle caldaie moderne circa 5 d invece temperature di 1 600 1 800 C Se ora consideriamo lo scambio termico con le pareti della camera di combustione avremo un raffreddamento dei fumi il cui calore viene in parte usato per riscaldare e vaporizzare l acqua circolante nei tubi I fumi all uscita della camera di combustione hanno ancora una temperatura assai elevata 1 000 1 200 C ed incontrano
348. variagiri si chiama invece regolazione secondaria Con l alternatore in parallelo sulla rete il regolatore dovr quando la potenza richiesta aumenta aumentare l apertura delle valvole di ammissione mentre dovr diminuire l erogazione del vapore alla turbina quando la potenza richiesta diminuisce Il Gestore della Rete di Trasmissione Nazionale GRTN sulla base degli errori di frequenza e della potenza di scambio con l estero elabora un segnale chiamato livello che interviene sulla produzione delle centrali predisposte nel modo di regolazione DEB load control I Centri di Ripartizione periferici consentono di dosare il livello tra le varie centrali regolanti in funzione delle loro possibilit di intervento nella regolazione L utilizzazione dei gruppi termoelettrici per soggetta ad alcune limitazioni l ampiezza massima delle variazioni di carico limitata dalle sollecitazioni nel macchinario la velocit delle variazioni di carico limitata dalle prestazioni ottenibili dal sistema di regolazione turbina caldaia Per quanto riguarda la banda di partecipazione i valori adottati in pratica sono compresi fra il 6 e il 12 del carico massimo 40 MW per gruppi da 320 MW Il segnale di livello trasmesso alle unit termoelettriche asservite pu entrare nella regolazione coordinata come richiesta di variazione del set point del carico richiesto La regolazione di una turbina si effettua
349. vengano blocchi che comprometterebbero il pronto rientro in servizio e in caso di guasto interno all unit occorre staccare la stessa dalla rete nel modo pi rapido e meno gravoso senza pregiudizio per la sicurezza dell impianto e le protezioni del macchinario sono coordinate in modo tale da provocare a seconda del tipo di guasto e del tipo di impianto lo scatto totale o parziale del gruppo Le varie protezioni di un gruppo sono raggruppate in circuiti e fanno capo a dispositivi di blocco che in caso di intervento provocano determinate azioni sul macchinario interessato Distinguiamo subito tre blocchi principali e blocco termico blocco caldaia e blocco elettrico e blocco turbina Le azioni conseguenti al loro intervento sono volte ad arrestare e mettere in sicurezza le apparecchiature protette Esistono inoltre delle interazioni tra i vari blocchi che vengono studiate in funzione del tipo di impianto T 480 SCATTO TURBINA BLOCCO TERMICO caldaia a corpo cilindrico BLOCCO ELETTRICO interruttore di campo chiuso BLOCCO TERMICO BLOCCO ELETTRICO SCATTO TURBINA caldaia UP as ira trasferimento servizi ausiliari non avvenuto circuito avviamento non intervenuto 157 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche Blocco termico Le cause che provocano il blocco termico hanno origine dall intervento delle protezioni di caldaia o dall azione indiretta degli al
350. via via i surriscaldatori di media e di alta temperatura il risurriscaldatore il surriscaldatore di bassa temperatura e l economizzatore Considerazioni di carattere economico e termodinamico hanno indotto i costruttori a produrre generatori di vapore con potenzialit pressioni e temperature sempre maggiori L adozione di valori standard che stata richiesta dall ENEL ai costruttori stata dettata da molteplici considerazioni in quanto le condizioni del vapore e le caratteristiche del macchinario principale e ausiliario erano ormai da tempo assestate Potenza Pressione Temperatura Temperatura Temperatura sezione termoel vapore SH vapore SH vapore RH acqua alimento MW ate C C C 160 146 540 540 253 320 178 540 540 292 660 258 540 540 294 L adozione di tali valori ha consentito di costruire le caldaie e tutto il macchinario di centrale partendo da basi gi ampiamente sperimentate con il risultato di ottenere una buona affidabilit e ridurre le ore di indisponibilit degli impianti 60 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche La costituzione di una generica caldaia pu essere illustrata individuando due circuiti ben distinti il circuito che riguarda l aria e i prodotti della combustione circuito aria gas ed il circuito relativo all acqua e al vapore circuito acqua vapore 3 1 Circuito aria gas I principali componenti del circuito aria gas sono i ventilatori ari
351. viratore fino al raggiungimento della velocit nominale con la possibilit di scelta del gradiente alla regolazione del carico elettrico generato con la possibilit di variazione del gradiente prefissato alla regolazione di tipo manuale posta come riserva della regolazione automatica valvole valvole ammissione regolazione trasduttore velocit trasduttore pressione servomot servomot valvole intercett pannello alimentazione olio jl O operatore alta pressione 188 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche Regolazioni ausiliarie di turbina sono le seguenti 1 regolazione del vapore alle tenute Tale regolazione evita fughe di vapore dalla turbina AP e rientrate d aria nella turbina BP Il sistema realizzato con manicotti a vapore a doppia camera una mantenuta in depressione e l altra in leggera pressione Nella figura seguente rappresentato lo schema di principio che comprende e alimentazione vapore in fase di avviamento ed ai bassi carichi l alimentazione dal vapore SH ai carichi intermedi dal vapore RH freddo inoltre il vapore che sfugge dalle tenute interne di AP previo desurriscaldamento serve per i manicotti di BP e sottrazione vapore interviene ai carichi alti sfiorando al riscaldatore BP o al condensatore e desurriscaldamento serve per il controllo della temperatura del vapore allo scarico e alle tenute di BP e condensatore vapore tenute manicotti
352. vorire la formazione di film protettivi stabili sulle superfici metalliche ha mostrato vantaggi economici tecnici e gestionali I dati delle esperienze effettuate sugli impianti in esercizio indicano che sono stati drasticamente ridotti e il numero di cicli di rigenerazione degli impianti di trattamento del condensato e lo sporcamento delle caldaie e quindi i rischi di danneggiamento dovuto a surriscaldamenti e la necessit di procedere a lavaggi acidi per ripristinare il Ap di caldaia Inoltre stato possibile eliminare l impiego dell idrazina sostanza tossica e cancerogena L ossigeno dosato sotto forma di ossigeno gassoso o acqua ossigenata all uscita dell impianto di trattamento del condensato e all uscita del degasatore in modo da ottenere una concentrazione pari a 80 120 ppb di O2 L ammoniaca dosata all uscita dell impianto di trattamento del condensato per mantenere il pH a valori intorno a 8 8 5 In tali condizioni le reazioni per la creazione di un film passivante nel ciclo condensato alimento e in caldaia sono le seguenti 2 Fe OH 4 O2 gt FeOOH 4 H2O 2 Fe OH O2 gt aFe 03 F H2O t gt 200 C Si ha quindi la formazione di ematite e di ossidi idrati ferrici aventi bassissima solubilit a tutte le temperature Lo strato di ossidi a partire dalla superficie del metallo costituita da e un film sottile compatto di Fe304 e un film sovrapposto di Fe304 porosa cementata da cri
353. zione assume dimensioni abbastanza consistenti in quanto oltre al vero e proprio sistema di rimozione della SO si compone dei relativi sistemi ausiliari preparazione calcare produzione gesso trattamento spurghi L installazione di un impianto di desolforazione pur permettendo l impiego di combustibili ad elevato tenore di zolfo comporta quindi alcune problematiche di natura logistica ed operativa inerenti alla movimentazione dei solidi Infatti necessario un notevole traffico veicolare per la movimentazione del calcare e del gesso prodotto devono essere previste opportune aree di stoccaggio di tali materiali devono infine essere previste anche le aree per lo stoccaggio dei fanghi prodotti nell impianto di trattamento spurghi prima del loro smaltimento finale in discariche autorizzate La quantit di solidi inerenti al processo di desolforazione proporzionale alla quantit di SO prodotta ovvero alla quantit di combustibile impiegato e al tenore di zolfo in esso contenuto Pertanto in centrali termoelettriche di grande potenza la quantit di solidi inerenti al processo pu raggiungere valori elevati soprattutto nelle centrali funzionanti ad olio combustibile con alto tenore di zolfo ad esempio orimulsion A titolo di esempio per un gruppo da 320 MW che funziona al massimo carico a carbone ad olio combustibile ATZ o a orimulsion il bilancio dei prodotti solidi in ingresso e in uscita dall impianto di desolforazione il
354. zo e i dischi vengono ricavati per tornitura I rotori sono normalmente provvisti di un foro assiale sia per motivi metallurgici al fine di asportare la parte pi impura del lingotto sia per consentire un esame non distruttivo della zona pi interna del fucinato il foro ha anche lo scopo di facilitare il raggiungimento di una uniforme distribuzione della temperatura nel rotore I dischi sui quali verranno inserite le palette sono ricavati mediante tornitura essi sono lavorati all estremit per ricavare gli alloggiamenti nei quali verranno successivamente ancorate le palette Le palette deviatrici fisse sono in acciaio e sono inserite in distributori o diaframmi disposti all interno delle casse interne e perpendicolarmente all asse di rotazione I diaframmi sono lavorati in due parti e si uniscono combaciando perfettamente secondo il piano del giunto orizzontale 106 Capitolo 3 Le centrali termoelettriche Le palette mobili delle giranti sono costruite in acciaio inossidabile resistente all azione erosiva del vapore Possono essere ricavate da una barra lavorata con una fresa particolare oppure si possono ottenere per stampaggio opportunamente lavorato e rifinito In prossimit dell estremit superiore la paletta ha normalmente un peduncolo che durante il montaggio verr ribattuto per fissare un nastro di bandaggio in lamiera che unisce a settori tutte le palette dello stadio allo scopo di evitare vibrazioni per flessione
355. zoto e di ossigeno nel processo di combustione si combinano per formare gli ossidi di azoto I prodotti della combustione vengono poi in contatto con un sorbente iniettato in camera di combustione che trattiene gli ossidi di zolfo I sistemi FBC si distinguono essenzialmente in due gruppi e sistemi FBC operanti a pressione atmosferica e sistemi pressurizzati PFBC Inoltre i letti fluidi possono essere a gorgogliamento velocit del gas nel letto relativamente bassa 1 1 5 m s o a circolazione velocit assai pi elevata 4 8 m s I sistemi a letto fluido a pressione atmosferica FBC utilizzano un sorbente come calcare o dolomite iniettato in caldaia per catturare lo zolfo rilasciato dalla combustione di carbone o altro combustibile Getti di aria durante la combustione tengono sospesa e in movimento la miscela di sorbente e combustibile che brucia trasformando questa miscela in una sospensione di particelle al calor rosso che scorrono come fluido I sistemi pressurizzati PFBC della prima generazione utilizzano anch essi un sorbente e getti d aria in pressione Questi sistemi operano a pressioni piuttosto elevate in genere comprese tra 10 e 18 bar La pressione non influisce in modo sostanziale sulle caratteristiche operative bisogna per rilevare che la maggior densit del comburente e dei gas favorisce l ottenimento di dimensioni di caldaia pi compatte aumenta la reattivit della carica e incrementa lo scambio termico

Capitolo 3: Le centrali termoelettriche

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