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Generatore di vapore a tubi d’acqua

ingegneria

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Manuale di utilizzo

Generatore di vapore a tubi d’acqua




Indice

Requisiti

1. Hardware pag. 2

2. Software pag. 2

3. Interfaccia utente pag. 2

Gestione del programma

1. Installazione pag. 2

2. Avvio pag. 3

3. Illustrazione del programma pag. 3

3.1. Introduzione pag. 3

3.2. Barra menu pag. 5

3.2.1. File pag. 5

3.2.2. Comandi pag. 6

3.2.3. Nome allievo pag. 10

3.2.4. Informazioni pag. 10

3.3 Sinottico pag. 10

3.3.1 Linee pag. 10

3.3.2 Quadro controllo allarmi pag. 11

3.3.3 Quadro controllo bruciatore pag. 12

Quadro controllo portata acqua - vapore pag. 13

Valvole  pag. 14

Utilizzo del programma

Avviamento pag. 15

Conduzione pag. 16

Influenza del risurriscaldatore sull’impianto

Disinserimento del risurriscaldatore  pag. 17

Descrizione dei componenti il generatore di vapore

1. Economizzatore pag. 19

Surriscaldatore e risurriscaldatore pag. 19

Bruciatore  pag. 20

Valvola di sicurezza pag. 21

Preriscaldatore d’aria pag. 21

Strumenti di controllo pag. 22

Deaereatore  pag. 23

Conclusioni

Applicazioni pag. 24

Requisiti

1. Hardware

Si consiglia come configurazione un P.C. pentium, con almeno 16 Mbyte di RAM e una risoluzione del monitor non superiore a 800 x 600. Il programma non supporta l’opzione large font.

Nota: Per una ottimale configurazione del proprio computer si rimanda alla manualistica Microsoft® sia relativamente a Windows '95/98 che a Windows 3.1.

2. Software

Il software di simulazione È stato prodotto usando il linguaggio Visual-Basic ed È, a tutti gli effetti, una applicazione Windows; come tale ha bisogno di Windows '95/98 o, in alternativa, Windows 3.1 come sistema operativo. E' previsto, quindi, l'utilizzo dei tasti di scelta rapida per le funzionalitÀ dell'accesso facilitato, in ambiente Windows, secondo quanto riportato dalla manualistica Microsoft.

3. Interfaccia utente

La simulazione È effettuata a mezzo mouse, la cui scelta È stata motivata dal fatto che l'uso del mouse risulta immediato rispetto ad un operatore non abituato a dialogare con il computer.

Per quanto riguarda la 'filosofia' di interfaccia, l'uso del mouse permette che tutto quello che viene da quest'ultimo identificato (icona, menÙ o simbolo) viene reso disponibile all'operatore. Con ciÒ si intende che si possono attivare comandi di menÙ (aiuto, opzioni, info, etc) od operare con i componenti (aprire/chiudere valvole, avviare/fermare pompe, etc).

Gestione del programma

1. Installazione

Eseguire le seguenti operazioni:

Avviare il computer.

Inserire il disco floppy di installazione nell'unitÀ drive.

Windows 3.1

E’ possibile eseguire l'installazione dal Program Manager tramite il menÙ File opzione Esegui e digitando alla richiesta: a:setup.

Windows '95/98

Eseguire l'installazione dal pulsante Avvio opzione Esegui e digitando alla richiesta: a:setup. Seguire le istruzioni visualizzate.

2. Avvio

A installazione completata appare in Windows l'icona:

fare un doppio click su di essa e, successivamente, sul tasto OK del logo per far partire il programma.

3. Illustrazione del programma

3.1. Introduzione

Si chiamano generatori di vapore tutti quei complessi di apparecchiature che servono per la trasformazione dell'acqua in vapore sfruttando l'energia termica sviluppata nel processo di combustione. Si definiscono comunemente caldaie.

Col termine caldaie a tubi d'acqua si comprendono tutte quelle caldaie nelle quali l'acqua, o la miscela acqua vapore, È contenuta all'interno di tubi lambiti dall'esterno dai prodotti della combustione (fumi) che dalla camera di combustione si dirigono verso il camino.

Ogni caldaia a tubi d'acqua si puÒ considerare come un complesso vaporizzante formato da moltissimi tubi fra loro comunicanti nei quali l'acqua di alimento proveniente dall'economizzatore, spinta dalla pompa di alimento, arriva al collettore superiore, detto anche collettore di acqua e vapore. Da qui per gravitÀ, attraverso i tubi di caduta, di grande diametro e sistemati all'esterno della caldaia per sottrarli all'azione dei gas caldi, l'acqua relativamente fredda e di densitÀ piÙ alta arriva nel collettore inferiore detto anche collettore d'acqua. Da questo si dipartono i tubi vaporizzatori, esposti al flusso principale dei gas di combustione che trasmettono la quantitÀ di calore necessaria alla vaporizzazione dell'acqua, contenuta nel loro interno. la miscela di acqua e vapore, di densitÀ minore risale nuovamente nel collettore superiore. Si stabilisce cosÌ una circolazione naturale tra i due collettori dovuta alla differenza di densitÀ. Il vapore viene poi prelevato dal collettore superiore, inviato ai surriscaldatori e successivamente alla utenze. L'isolamento della caldaia viene realizzato rivestendo le pareti della camera di combustione con una ossatura formata da tubi di grosso diametro che hanno lo scopo di assorbire il calore radiante del forno e prende il nome di muro d'acqua.

Il muro d'acqua È realizzato col sistema dei tubi tangenti, tra di loro affiancati, esposti per tutta la loro superficie al calore radiante, con materiale refrattario situato sul retro dei tubi stessi. I muri d'acqua tramite delle testate collettrici sono collegati ai collettori superiore ed inferiore.

Parametri caratteristici delle caldaie sono:

- la pressione di bollo o di esercizio. E' la pressione effettiva del vapore prodotto nelle normali condizioni di funzionamento; essa È riportata con apposita stampigliatura sul fronte della caldaia. Normalmente sul manometro della caldaia È riportata in rosso la zona che la pressione non deve superare. Nel nostro caso la pressione di esercizio È di 102 bar ed il manometro si presenta cosÌ

- la potenzialitÀ. Espressa in kg / h o T / h È la produzione oraria di vapore in chilogrammi o tonnellate, nelle normali condizioni di funzionamento;

- l'indice di vaporizzazione effettivo. E' il rapporto tra la quantitÀ oraria di vapore prodotto e la quantitÀ oraria di combustibile bruciato;

- la superficie di riscaldamento. E' definita come la superficie del generatore che da una parte È lambita dai prodotti della combustione e dall'altra dall'acqua; si misura in m2 dalla parte dei prodotti della combustione;

- la potenzialitÀ specifica. E' la quantitÀ oraria di vapore prodotto per m2 di superficie di riscaldamento;

- la capacitÀ specifica. E' il rapporto tra il volume di acqua contenuta nel generatore e la superficie di riscaldamento.

3.2. Barra menu

La barra menu È composta, come si puÒ vedere da 4 voci:

che possono dare origine a un sottomenu o aprire delle finestre operative. Selezionare con il mouse la voce prescelta e 'clickare'.

3.2.1. File

DÀ accesso ad un sottomenu

comprendente:

- Ricomincia: questa selezione azzera tutti i dati predisponendo il programma all’esecuzione di una nuova esercitazione;

- Uscita: chiude il programma.



3.2.2. Comandi

DÀ accesso ad un sottomenu

comprendente:

- Pagina diagnostica: questa selezione apre la seguente finestra:

nella quale sono riportati tutti i valori numerici delle grandezze necessarie al calcolo del bilancio termico.

Dalla barra menu l’unica voce Opzioni permette:

di tornare al sinottico principale (Uscita);

di stampare (Stampa);

di ricavare il diagramma a torta (Bilancio termico).

Nota: La voce Bilancio termico È trascritta in negativo quando È inattiva.

- Bilancio termico: questa selezione si puÃ’ effettuare quando la trascrizione da negativa diventa positiva; perché ciÃ’ avvenga occorre che il bruciatore sia in funzione e che si prelevi vapore. Una volta possibile apre la seguente finestra:

In essa È possibile leggere i valori che concorrono a formare il diagramma a torta. Con i pulsanti o in alternativa con le identiche voci riportate nel menu Opzioni È possibile rispettivamente:

stampare;

tornare alla pagina diagnostica;

tornare al sinottico principale.

- Regolazione: Il programma con origine casuale puÃ’ inserire delle anomalie al registro dell’aria, del combustibile e alla regolazione del livellostato. Esse vengono attivate durante la conduzione in automatico. Poiché il generatore, pur con un peggioramento della sua efficienza funziona ugualmente, l’operatore potrebbe ignorare l’anomalia; per questo motivo, in sede di stampa della registrazione dell’esercitazione (vedi paragrafo successivo), l’anomalia se presente viene trascritta. Viceversa, se l’operatore individua l’anomalia, con questa selezione si accede alla seguente finestra:

da essa per mezzo dei tasti OK si puÃ’ escludere l’anomalia.

Se l’anomalia È stata correttamente individuata comparirÀ il messaggio

viceversa comparirÀ un messaggio del tipo

Tutti i messaggi che appariranno, inclusi quelli di errata manovra verranno registrati.

- Registrazione: apre le finestra

in essa È riportata la registrazione dell’esercitazione fatta, nel nostro caso da Rossi. Essa È stampabile agendo sull’apposito tasto. Per chiudere la finestra tasto Esce.

3.2.3. Nome allievo

Apre la finestra

In essa va digitato, nell’apposito spazio, il nome dell’operatore e, successivamente, confermato con il relativo tasto. L’inserimento del nome personalizzerÀ tutte le stampe.

3.2.4. Informazioni

DÀ accesso ad un sottomenu

comprendente:

- Aiuto: questa selezione dÀ accesso ad un ipertesto contenente delle istruzioni per l’utilizzo del programma. E' preferibile procedere alla lettura dell'ipertesto al principio o alla fine dell'esercitazione per non perdere il controllo della medesima.

- Logo: mostra il logo di identificazione del programma.

3.3. Sinottico

Il sinottico riporta: la strumentazione di controllo; la distribuzione, esemplificata, delle linee dell'impianto con generatore di vapore, complete di valvolame; il quadro di controllo del bruciatore e della pompa centrifuga di alimento con relative utenze e presa di vapore.

3.3.1. Linee

Le linee sono raffigurate nel colore previsto dalla normativa vigente (verde scuro per l'acqua di alimento, rosso per il vapore, marrone scuro per il combustibile).

Quelle interessate dal flusso, lo visualizzeranno, con particolare attenzione al verso di percorrenza.

3.3.2. Quadro controllo allarmi

Sul quadro sono riportati:

n    il manometro per la misura della pressione in caldaia (massimo valore della pressione di esercizio 102 bar); in rosso i valori della scala che non devono essere raggiunti perché danno origine all’allarme per alta pressione;

n    gli allarmi escluso, attivo :

basso livello: si attiva quando il livello scende oltre il limite consentito.

Quando si verifica provoca il blocco al bruciatore;

2. alto livello: si attiva quando il livello sale oltre il limite consentito.

Quando si verifica provoca la chiusura della valvola automatica dell’acqua di alimento;

alta pressione: si attiva quando il valore della pressione di esercizio sul manometro entra nella zona colorata in rosso. Provoca il blocco del bruciatore.

n    la lampada (spenta) del blocco al bruciatore: quando il blocco È attivo, lampeggia. Le cause che mandano in blocco il bruciatore sono:

allarme per alta pressione;

allarme per basso livello;

pompa combustibile spenta;

portata combustibile nulla (valvola regolatrice combustibile chiusa);

soffiante spenta;

portata aria nulla (serranda aria chiusa);



insufficiente rapporto di combustione.

n    Il tasto di tacitazione Allarmi: “clickando” su di esso, esclude la sirena;

Text

n    l’opzione di scelta nella conduzione del generatore: si effettua “clickando” indifferentemente sull’etichetta o sul cerchietto nel caso particolare È selezionata l’opzione Manuale e, quindi, la gestione del generatore È affidata integralmente all’operatore.

L’opzione Automatico non si attiva fino a che non viene raggiunta la pressione di 90 bar. Il programma assume come pressione di esercizio il valore delle pressione che il generatore possedeva al momento della commutazione e lascia all’operatore solamente la gestione del prelievo di vapore.

3.3.3. Quadro controllo bruciatore

Il quadro di controllo del bruciatore permette la gestione della combustione. Da esso È possibile:

Procedere all’avviamento e alla fermata della soffiante, della pompa combustibile e del bruciatore:

Per l'accensione fare click con il mouse sul tasto , che si accenderÀ diventando .

Per lo spegnimento fare click con il mouse sul tasto , che si accenderÀ diventando .

Ovviamente i tasti sono correlati (se ON acceso OFF spento e viceversa).

La regolazione delle portate, il cui valore È riportato sui flussimetri, si effettua da . E’ possibile effettuarla in tre modi:

1. trascinando con il mouse (verso destra aumenta , verso sinistra diminuisce) al suo rilascio il flussimetro segnerÀ la portata impostata. Regolazione approssimata che richiede una grande sensibilitÀ da parte dell’operatore;

“clickando” su regolazione fine;

“clickando” su regolazione normale.

Text

Controllare la combustione tramite l’indicatore di fumi: la posizione della barra rossa indica il rapporto di combustione. Il massimo rendimento si ha nel riquadro grigio chiaro (il secondo partendo dall’alto)

Il blocco al bruciatore, come giÀ detto, ferma il bruciatore spegnendolo, come si potrÀ verificare dal quadro .

Quadro controllo portata acqua-vapore

Il quadro di controllo permette la gestione del livello. Da esso È possibile:

Procedere all’avviamento e alla fermata della pompa dell’acqua di alimento, e l’inserimento delle utenze:

Le procedure sono analoghe a quelle giÀ descritte nel paragrafo precedente.

L’inserimento delle utenze simula un prelievo variabile di vapore dovuto o alla eventuale variazione della potenza richiesta o dall’avviamento o fermata di macchine ausiliarie. L’inserimento È possibile solo con bruciatore acceso e con prelievo di vapore giÀ in atto.

2. Controllare la variazione di livello tramite l’indicatore

Esso va mantenuto all’interno della zona compresa tra le frecce, regolando opportunamente le portate di vapore e di acqua di alimento. E’ opportuno notare che le scale dei due flussimetri sono equivalenti in maniera da facilitare la regolazione delle portate.

Valvole

Le valvole di regolazione sono comandate automaticamente dai quadri di controllo e lavorano singolarmente o in coppia (aperta chiusa )

Le valvole di intercettazione si aprono e si chiudono con un “click” del mouse su di esse (valvola aperta), (valvola chiusa).

Utilizzo del programma

E’ possibile tramite la valvola a saracinesca di intercettazione manuale 4 posta sulla linea del vapore realizzare un impianto che puÃ’ comprendere o no il risurriscaldatore. Nel caso di una sua esclusione si suppone che si sia provveduto anche alla regolazione dei relativi registri delle serrande di controllo. L’apparente incongruenza di una temperatura dei fumi in uscita minore delle temperatura dell’acqua di alimento in ingresso all’economizzatore si spiega ricordando la presenza del preriscaldatore d’aria.

1. Avviamento

All’avviamento del generatore ci possiamo trovare in una delle due condizioni scelte con origine casuale dal programma.

n    La prima prevede l’avviamento del generatore dopo un periodo di fermata. In questo caso il generatore si presenta completamente riempito, come si puÃ’ vedere dall’indicatore di livello e dall’allarme di alto livello attivo. La lampada del blocco al bruciatore lampeggia. L’operazione preliminare da compiere È quella di riportare il livello nell’intervallo prestabilito dell’indicatore aprendo la valvola di estrazione 1 posta sul fondo del generatore e scaricare l’eccesso di acqua.

n    La seconda invece prevede il riavvio del generatore. In questo caso il generatore si presenta leggermente in pressione, tutti gli allarmi sono esclusi, la lampada del blocco al bruciatore lampeggia.

La procedura per l’avviamento da questo punto in avanti È identica per ambedue i casi:

aprire la saracinesca 2 posta sulla mandata della pompa di alimento;

avviare la pompa di alimento dall’apposito quadro. La portata d’acqua verrÀ completamente ricircolata;

avviare la soffiante;

aprire la saracinesca 3 sulla mandata della pompa combustibile;

avviare la pompa combustibile. La portata di combustibile verrÀ completamente ricircolata. La lampada di blocco al bruciatore si spegne;

accendere il bruciatore.

Si È cosÌ completata la procedura di avviamento.

Si fa notare che:

n    le operazioni 1 e 2 si possono tranquillamente invertire perché la pompa centrifuga si puÃ’ avviare con la mandata chiusa;

n    Invertendo le operazioni 4 e 5 si va incontro ad un errore di manovra in quanto la pompa combustibile È una pompa volumetrica;

n    all’avviamento della soffiante la serranda di regolazione dell’aria non È completamente chiusa per permettere la ventilazione della camera di combustione;

n    all’accensione del bruciatore la valvola di regolazione del combustibile automaticamente lascia passare la portata necessaria al mantenimento della fiamma.

La procedura di accensione È stata seguita ma il bruciatore non si accende, la lampada di blocco continua a lampeggiare:

n    controllare che tutti gli allarmi siano spenti;

n    controllare che la portata di aria sia almeno di 1400 m3/h.

2. Conduzione

Come si È giÀ detto in precedenza la conduzione del generatore si puÃ’ fare sia in manuale che in automatico, ma poiché l’automatico si puÃ’ inserire solo dopo che la pressione ha raggiunto o superato i 90 bar, per forza di cose occorre gestire in manuale il generatore almeno fino alla creazione delle condizioni per il suo passaggio in automatico.

Si ricorda che i moderni generatori, se erroneamente condotti, perdono il livello in circa 1 minuto da qui la necessitÀ di una notevole attenzione nella loro regolazione.

Si elencano qui di seguito una serie di suggerimenti per superare le difficoltÀ:

n    aumentare sempre prima la portata dell’aria e dopo quella del combustibile avendo l’accortezza di mantenere la portata di quest’ultimo sempre inferiore a quella dell’aria. Se si scende sotto il valore dell’aria teorica di combustione il bruciatore si spegne e, se disgraziatamente, stiamo prelevando una portata di vapore elevata perderemo il livello prima ancora di poter accennare una reazione; analogamente aprire troppo la serranda dell’aria provoca l’intervento del controllo sul registro per evitare eccessi d’aria quanto meno “esagerati”. Nel caso che il bruciatore vada in blocco, ripartire sempre con i registri al minimo.

n    È opportuno lavorare con portate ridotte perché all’aumentare dalla pressione aumenta anche la velocitÀ di incremento della pressione;

n    anche se non si preleva vapore nel portare il generatore a regime il livello diminuisce, quindi controllarlo e se necessario aprire al minimo la valvola regolatrice sull’acqua di alimento

n    quando si decide di prelevare vapore, se non ci troviamo in automatico, adottare i seguenti accorgimenti:

Þ  controllare il livello e, se siamo oltre la metÀ dell’intervallo di lavoro, aprire prima il vapore e compensare dopo con l’acqua, viceversa nelle condizioni contrarie;

Þ  porre attenzione al valore della pressione, se tende a diminuire velocemente vuol dire che si sta cercando di prelevare piÙ vapore di quanto il generatore ne produca. Un’ulteriore conferma si ha dal fatto che pur aumentando l’apertura della valvola regolatrice l’ago del flussimetro non si muove. E’ conveniente ridurre prima la portata del vapore e dopo aumentare la quantitÀ di combustibile da bruciare, questo perché È piÙ facile gestire un parametro piuttosto che due (quando si agisce sul combustibile si deve agire anche sull’aria comburente);

Þ  se si richiama la pagina diagnostica o il bilancio termico, stabilizzare prima il generatore, perché si È nell’impossibilitÀ di controllarlo.

Influenza del risurriscaldatore sull’impianto

Analizziamo singolarmente come il risurriscaldatore influenza il funzionamento dell’impianto.

Disinserimento del risurriscaldatore

Il disinserimento del risurriscaldatore comporta un diverso percorso dei prodotti della combustione all’interno del generatore di vapore e, quindi, a diversi valori di pressione e temperatura sia all’uscita del surriscaldatore che all’ingresso dell’economizzatore (l’acqua di alimento nel passaggio attraverso il degasatore viene preriscaldata con vapore spillato). Di conseguenza, cambiano le quantitÀ di calore scambiate nei vari settori del generatore, dando origine ad un diverso bilancio termico.

Descrizione dei componenti il generatore di vapore



Economizzatore

L'utilizzo dell'economizzatore È reso necessario da due ordini di considerazioni:

- la prima dipende dalla differenza di temperatura esistente tra l'acqua di alimento e la miscela vapore-acqua presente nel collettore superiore. E' chiaro che l'introduzione di acqua relativamente fredda nel collettore puÒ provocare pericolose difformitÀ termiche e dilatazioni di diversa entitÀ che possono compromettere la resistenza di alcune parti del generatore stesso;

- la seconda tiene conto che i fumi che vanno al camino hanno una temperatura elevata; È chiaro quindi che il calore posseduto dai prodotti della combustione puÒ essere utilizzato per riscaldare l'acqua di alimentazione.

TextL'impiego dell'economizzatore, inserito sul percorso dei fumi prima che questi abbandonino il generatore, quindi È doppiamente vantaggioso poiché oltre a preservare il generatore permette anche di recuperare del calore residuo che altrimenti sarebbe perduto. Questo recupero non puÃ’ avvenire ad esempio nei tubi generatori perché a valle di essi i prodotti della combustione devono avere una temperatura largamente superiore alla temperatura di ebollizione del liquido (È evidente che non puÃ’ esserci trasmissione di calore da un corpo a bassa temperatura ad un corpo ad alta temperatura).

Sono utilizzati economizzatori a tubi nervati,

per la maggior resistenza, il minor peso e ingombro. Le nervature aumentano la superficie di scambio di tre o quattro volte rispetto ai tubi lisci. La pulizia si effettua mediante soffiatura di vapore o aria compressa.

Per evitare fenomeni di corrosione dovuta alla presenza di zolfo nel combustibile i prodotti della combustione È bene che non scendano sotto i 160 °C.

Surriscaldatore e risurriscaldatore

Parlando della vaporizzazione dell'acqua abbiamo detto che si puÒ far aumentare la temperatura del vapore continuando a somministrare calore. Questo non puÒ avvenire entro il collettore di una caldaia, in quanto coesistendo liquido e vapore, l'ulteriore quantitÀ di calore ceduto alla miscela non sarebbe altro che calore latente atto a vaporizzare il liquido presente. TextOccorre perciÒ estrarre il vapore dal collettore ed inviarlo ad una nuova serie di tubi, che prendono il nome di surriscaldatore (il risurriscaldatore non È altro che un surriscaldatore secondario), a loro volta lambiti dai prodotti della combustione.

Non essendoci piÙ presenza di liquido il calore fornito risulta essere calore sensibile e di conseguenza aumenta la temperatura del vapore. Per la costruzione dei surriscaldatori si usano tubi di piccolo diametro in acciai speciali; essi vengono poi innestati in testate collettrici.

Bruciatore

L'unitÀ che ha il compito di distribuire e bruciare il combustibile prende il nome di bruciatore. esso si compone di tre parti principali: il polverizzatore, il distributore dell'aria e l'ugello per l'aria detto anche tubo Venturi.

Il polverizzatore, che ha il compito di frazionare l'olio combustibile in minutissime particelle, È circondato dal tubo manicotto che, alla sua estremitÀ interna porta il diffusore d'aria; la seconda parte del polverizzatore È circondata dal tubo Venturi, con un tronco convergente lungo e uno divergente molto piÙ corto. La posizione del tubo, e quindi della gola, puÒ essere regolata, per mezzo di alcuni tiranti sistemati in posizione opportuna e azionati dal fronte del bruciatore, in maniera tale che l'aria investa il getto nebulizzato e formi una miscela uniforme con il combustibile, tale da mantenere attiva la combustione.

Valvola di sicurezza

Qualora per cause fortuite la pressione di esercizio dovesse oltrepassare i limiti consentiti entrano in azione i dispositivi di sicurezza che bloccano il bruciatore. Disposizioni legislative prevedono comunque che ogni generatore di vapore sia fornito di valvole di sicurezza tarate ad una pressione di poco superiore a quella di bollo. Per pressioni elevate occorrono valvole a grande alzata; esse sono mantenute in posizione di chiusura da una molla ad opportuna tensione. Quando la pressione supera il valore prestabilito di taratura, la valvola stessa si apre di scatto consentendo la fuoriuscita di una quantitÀ di vapore sufficiente a ristabilire all'interno la pressione desiderata. Le valvole di sicurezza, di qualsiasi tipo, sono munite di un comando a leva per effettuarne l'apertura indipendentemente dal valore della pressione interna, affinché se ne possa controllare periodicamente l'efficacia.

5. Preriscaldatore d’aria

I riscaldatori d’aria rigenerativi o rotativi sono basati sul principio del trasporto di calore da parte di una massa metallica riscaldata dai fumi che passano nel fumaiolo e successivamente raffreddata dall’aria che si riscalda prima di avviarsi ai bruciatori. L’effetto richiesto si puÃ’ ottenere con due metodi: mediante la rotazione della superficie riscaldante in un rotore, mantenendo fissi i condotti del gas e dell’aria; o viceversa.

Il riscaldatore di tipo Ljungstrom È costituito da un tamburo che viene fatto ruotare molto lentamente all’interno di una cassa cilindrica posta nel fumaiolo. L’involucro È provvisto di apposite aperture disposte in modo che la metÀ dei canali del tamburo È attraversata dai gas caldi mentre l’altra metÀ È lambita dall’aria. A causa della rotazione della superficie di riscaldamento questa viene esposta alternativamente ai due flussi.

Strumenti di controllo

Indicatori di livello

Gli indicatori di livello funzionano secondo il principio dei vasi comunicanti. Sono posti sul fronte della caldaia, e collegati al collettore superiore con dei rubinetti di intercettazione. E' previsto, inoltre, un rubinetto di spurgo. I tipi Klinger a riflessione hanno una lastra di cristallo scanalata dalla parte interna, in modo che il raggio luminoso risulta riflesso dalla zona vapore ed assorbito dalla zona acqua con il risultato di una piÙ netta visione del livello.

Manometri

I manometri rilevano la pressione effettiva cioÈ la differenza tra la pressione in caldaia (pressione assoluta) e quella ambiente. Il tipo piÙ usato È il manometro di Bourdon.

Pirometri

Per le alte temperature i normali termometri a mercurio non sono adatti, si utilizzano perciÒ i pirometri. I piÙ utilizzati sono i pirometri elettrici, basati sul principio della coppia termoelettrica: quando due fili, di materiale diverso, saldati con saldatura autogena ad una estremitÀ, vengono riscaldati sul punto di saldatura lasciando a temperatura ambiente gli altri estremi, si genera nel circuito chiuso una corrente proporzionale alla differenza di temperatura tra il punto saldato e gli estremi freddi.

Deaereatore

Un deaereatore molto diffuso È il Weir tipo ”OO” di forma molto semplice. L’involucro cilindrico È chiuso superiormente da una piastra saldata, mentre un’altra piastra sottostante porta una serie di ugelli spruzzatori. Un condotto cilindrico permette l’uscita dei gas che si liberano. Nella camera anulare che si È formata tra le due piastre viene inviata l’acqua di alimento. Nella parte inferiore troviamo altre due piastre che delimitano la camera per il vapore riscaldante. La piastra superiore presenta un’apertura centrale ed un condotto cilindrico, munito di coperchio per impedire che l’acqua possa fluire nella camera del vapore, che guida la risalita del vapore, nella camera di miscelazione. L’acqua deaereata esce dalla camera di deaereazione attraverso le apposite attraverso i condotti saldati alle due piastre che formano la camera del vapore.

Conclusioni

1. Applicazioni

Per la determinazione del bilancio termico di una caldaia È necessario effettuare particolari prove di vaporizzazione durante le quali si dovranno rilevare tutte le grandezze che entrano nel calcolo del bilancio termico stesso. Ciascuna grandezza viene determinata nel suo valore medio di una serie di misure effettuate con la massima esattezza ad intervalli uguali, durante il tempo destinato alla prova, che varia da 5 ad 8 ore. Le prove vengono eseguite ai vari regimi di carico.

Dal punto di vista didattico È sufficiente eseguire un solo rilievo delle grandezze interessate.

A titolo di esempio si propone la seguente procedura per il calcolo del bilancio termico:

Dopo aver eseguito le scelte iniziali, avviare l'impianto e secondo le istruzioni date in precedenza commutarlo in automatico. Stampare sia la pagina diagnostica che il bilancio termico

Le grandezze necessarie per il calcolo bilancio termico sono:

n    QuantitÀ di calore disponibile nel combustibile Qd;

n    QuantitÀ di calore utilizzato nell’economizzatore Qe;

n    QuantitÀ di calore utilizzato nei tubi generatori Qg;

n    QuantitÀ di calore utilizzato nel surriscaldatore Qs;

n    QuantitÀ di calore utilizzato nel risurriscaldatore Qrs;

n    QuantitÀ di calore perduta al camino per fumi Qf;

n    QuantitÀ di calore perduta per irraggiamento ed incombusti Qi.

Per quanto in precedenza esposto quando abbiamo definito il potere calorifico la quantitÀ di calore oraria disponibile sarÀ:

Qd = Pcs * Pg

dove

Pcs = 42.070 kJ/kg Potere calorifico superiore combustibile

Pg = Portata massica di combustibile

La quantitÀ di calore oraria trasferita nell’economizzatore all'acqua sarÀ:

Qe = Pv * ( he - hl )

dove ricordando la definizione di calore specifico e il concetto di energia termica avremo:

he - hl = cm * ( Te - Tl ) Energia termica posseduta da un kg di acqua

cm = 4,270 kJ/kg °K Calore specifico medio acqua

Pv = Portata massica d’acqua o di vapore (ad impianto stabilizzato sono uguali)

La quantitÀ di calore oraria trasferita nei tubi generatori sarÀ:

Qg = Pv * ( hv - he )

dove

hv = Energia termica posseduta da un kg di vapore saturo alla pressione di esercizio

Nota: per il calcolo di hv alla pressione assoluta di (pressione relativa +1) bar leggere sul diagramma di Mollier del vapore il valore dell’entalpia sulla curva limite superiore

La quantitÀ di calore oraria trasferita nel surriscaldatore sarÀ:

Qs = Pv * ( hs - hv )

dove

hs = Energia termica del vapore surriscaldato

Nota: per il calcolo di hs leggere sul diagramma di Mollier del vapore il valore dell’entalpia all’intersezione della isobara di surriscaldamento con l’isoterma di surriscaldamento

La quantitÀ di calore oraria trasferita nel risurriscaldatore sarÀ:

Qs = Pv * ( hru - hre )

dove

hre = Energia termica del vapore risurriscaldato in ingresso

hru = Energia termica del vapore risurriscaldato in uscita

La quantitÀ di calore perduta al camino per fumi si ottiene, ricordando sempre la definizione di calore specifico :

Qf = ( Pa * + Pg ) * cmf * ( Tf - Ta )

dove

 = 1,225 kg/m3  Massa volumica aria

cmf = 1,025 kJ/kg °K Calore specifico medio fumi

Pa = Portata volumica aria

La quantitÀ di calore perduta per irraggiamento ed incombusti si ottiene per differenza:

Qi = Qd - Qe - Qg - Qs - Qrs - Qf






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