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Giuseppe Langella » 29.Regolazione e controllo dei GV - Parte Quarta


Attemperamento

Criteri per il  progetto dello stadio di attemperamento.

Per non comprometterne il buon funzionamento la turbina non può ricevere goccioline di liquido mescolate con il vapore. Ciò comporta che, per permettere l’evaporazione del liquido desurriscaldante, lo stadio di attemperamento prima della turbina deve essere sempre seguito da un ulteriore stadio di surriscaldamento.

Per evitare che vi sia un ritardo eccessivo tra l’istante in cui si inizia a desurriscaldare il vapore, agendo sulla posizione della valvola di immissione dei liquido nebulizzato, e l’istante in cui varia la temperatura del vapore immesso in turbina (variabile regolata) si cerca di porre l’attemperamento quanto più vicino possibile alla turbina.

Per non avere temperature del vapore troppo alte prima dell’iniezione dell’acqua di attemperamento (dannose per i materiali) in genere si progetta l’attemperatore in più stadi in modo che il salto teorico relativo ad ogni stadio sia più basso.

Per ottenere un’iniezione di acqua nebulizzata nel vapore surriscaldato deve esistere un salto di pressione tra l’ingresso della valvola di attemperamento ed il sapore surriscaldato a valle. Anzi sarebbe utile avere una portata di acqua di attemperamento proporzionale alla portata di vapore da desurriscaldare  perché all’aumentare della portata di vapore vi è un aumento “naturale” di temperatura dovuto all’aumento dei coefficienti di scambio termico lungo le pareti degli scambiatori del generatore.

Attemperamento

Lo schema adatto allo scopo è rappresentato nella figura in alto.

In tale schema si può notare che il salto di pressione ai capi della valvola di ottemperamento è pari alla caduta di pressione lungo il generatore. In tal modo sia la portata di ottemperamento che quella di vapore risultano proporzionali alla radice quadrata della suddetta caduta e perciò proporzionali tra di loro.

Nella figura in basso e riportato lo schema di regolazione per l’attemperamento a singolo stadio.

Schema di regolazione dell’attemperamento

Schema di regolazione dell'attemperamento

Schema di regolazione per attemperamento a singolo stadio

Schema di regolazione per attemperamento a singolo stadio


Attemperamento

É opportuno precisare che il regolatore R2 presente nella struttura di controllo a cascata può svolgere un’azione proporzionale integrale o una semplice azione proporzionale in quanto non interessano le prestazioni statiche che vengono stabilite da R1.

Come si può notare in tale schema si sono utilizzati due sensori di temperatura: uno misura la temperatura immediatamente a valle dello stadio di attemperamento e l’altro misura la temperatura finale del vapore dopo il surriscaldamento (che è in effetti la variabile controllata). Ciò permette la realizzazione di una struttura di controllo in cascata come quella rappresentata nella figura in basso, in cui sono presenti due regolatori che consentono un controllo più efficace sull’apertura della valvola di attemperamento (che é la variabile manipolabile).

Schema di controllo in cascata della temperatura

Schema di controllo in cascata della temperatura


Attemperamento

Nella figura riportata nella precedente slide è anche rappresentato un eventuale compensatore di disturbi inserito per aumentare ulteriormente le prestazioni del sistema di controllo. Si noti che il segnale DCD esprime le variazioni di temperatura in ingresso al surriscaldatore che compensano le variazioni opposte che i disturbi inducono sulla temperatura finale del vapore. Detti disturbi possono essere sia dovuti ad un’ eventuale variazione della potenza termica ceduta dai fumi (provocata, ad esempio, da ma variazione di variabili di controllo di altre regolazioni  che fa variare sia la portata di vapore sia la temperatura del vapore surriscaldato, sia dovuti ai dispositivi di ridistribuzione della potenza ceduta dai fumi alle superfici scambianti all’interno del generatore.

Un’ultima osservazione va fatta circa i limiti imposti dall’impianto nella regolazione del vapore surriscaldato; essi possono essere di due tipi:

La temperatura nominale non può essere raggiunta al di sotto di un certo valore di carico detto carico di controllo: ciò per mantenere il dimensionamento dell’impianto di desurriscaldamento entro limiti accettabili.

Valori di temperatura e soprattutto quelli dei gradienti temperatura non possono superare certi limiti per evitare sollecitazioni eccessive sui materiali metallici.

Regolazione della pressione in camera di combustione

La regolazione della pressione in camera di combustione costituisce una delle funzioni fondamentali del sistema di controllo della combustione. Per comprendere in pieno il principio su cui si basa detta regolazione, è opportuno chiarire il modo in cui viene gestito il movimento dell’aria e dei gas combusti all’interno dei generatore, detto anche tiraggio.

Il tiraggio può essere naturale, se prodotto spontaneamente dalla differenza di densità tra l’aria relativamente fredda e i gas di combustione a temperatura più elevata, o artificiale (o meccanico o forzato) quando il moto dell’aria é determinato da ventilatori opportunamente disposti. Il tiraggio naturale presenta dei limiti dovuti soprattutto al fatto che, con l’adozione di tale metodo, non è possibile raggiungere valori di rendimento elevati, poiché, per favorire il moto dei fumi, sarebbe necessario un elevato valore di temperatura, per diminuirne la densità, che porterebbe ad un aumento delle perdite per calore sensibile dei fumi. Soprattutto nei grandi impianti, allora si ricorre al tiraggio meccanico che consente, tra l’altro, una maggiore attività di combustione ed una diminuzione della temperatura dei fumi all’uscita per lo meno fino all’insorgere di altri fenomeni nocivi per l’impianto.

Come già esposto a riguardo del circuito aria fumi, si ricorda che il tiraggio del GV può essere indotto, bilanciato o forzato.

Regolazione della pressione in camera di combustione

  • Tiraggio forzato in cui si prevede l’utilizzo del ventilatore posto a monte della camera di combustione che “spinge” l’aria nell’interno con una determinata pressione. Lo svantaggio di tale metodo è che in camera di combustione si ha una pressione più elevata di quella atmosferica esterna che può essere la causa di sfuggite di aria o, quel che è peggio, la fuoriuscita delle fiamme e/o dei prodotti di combustione, nel caso di apertura di qualche portello, che potrebbero procurare gravi conseguenze per il personale addetto.
  • Tiraggio indotto in cui il ventilatore è posto a valle della camera di combustione ed in particolare proprio a monte del camino. La camera di combustione risulta, così, essere in depressione rispetto all’esterno e si eliminano i pericoli dovuti alla fuoriuscita di fiamma. Gli svantaggi legati a tale metodo sono dei possibili rientri nel focolare di aria fredda che potrebbero abbassare il rendimento, il fatto che la potenza assorbita dai ventilatori è maggiore di quella del tiraggio forzato per il maggior volume specifico dei gas ed infine il maggior deterioramento subito dai ventilatori che sono attraversati da gas caldi (invece che da aria).
  • Tiraggio bilanciato o equilibrato in cui si dispongono due ventilatori uno a monte della camera di combustione e l’altro a valle della stessa. Con questo sistema, che è il più diffuso, si cerca di mantenere la pressione in camera di combustione pari o di poco al di sotto di quella atmosferica.

Regolazione della pressione in camera di combustione

Il terzo sistema di tiraggio permette un controllo indipendente dalla regolazione di potenza termica richiesta al sistema asservito combustibile. Infatti, a parità di fattori della combustione immessi in camera di combustione (ossia aria e combustibile) si potrà variare come si vuole la pressione in camera di combustione variando la quantità di fumi estratta attraverso il ventilatore estrattore: (potrebbe essere anche più di un ventilatore), avendo però l’accorgimento di disporre di un segnale di anticipo dato dalla misura della portata d’aria immessa in camera di combustione (come mostrato nella figura a fianco).

Schema di regolazione della pressione fumi in camera di combustione

Schema di regolazione della pressione fumi in camera di combustione


Regolazione della pressione dei fumi in camera di combustione

Il principio su cui si basa il sistema di regolazione si ispira proprio al criterio suddetto: nel caso vi sia una variazione del carico, al generatore si presenta una variazione della richiesta di potenza termica. Il sistema asservito del combustibile provvede a variare la portata di combustibile e proporzionalmente la portata d’aria agendo sul ventilatore a monte della camera di combustione. Tale ventilatore, variando il numero di giri, determinerà una variazione sia di prevalenza, che dovrà eguagliare le perdite di carico a valle, sia di pressione in camera di combustione. Il regolatore di depressione agirà sul ventilatore di aspirazione in modo da mantenere la pressione costante.

Le variazioni di portata di aria e di combustibile risultano essere l’unico disturbo esistente in questo tipo di regolazione. Peraltro, in condizioni di funzionamento “normale”, dette variazioni sono abbastanza lente rispetto al tempo di risposta del circuito aria – fumi in quanto sono legate alle variazioni del carico. Risulta, quindi, che il suddetto disturbo sia facilmente compensabile a meno di condizioni anomale quali ad esempio il blocco del combustibile (a causa ad esempio di un guasto) che determina una variazione repentina di temperatura dei fumi che a sua volta causa un brusco cambiamento di pressione in camera di combustione. In questa situazione, per quanto pronto possa essere il sistema, ben poco può fare il regolatore, in quanto la dinamica del sistema di regolazione è pur sempre limitata dal tempo di risposta finito degli attuatori. Si devono prevedere, allora, interventi da parte degli organi di emergenza che provvedono ad agire direttamente sugli attuatori secondo una logica di tipo on – off senza ricorrere al sistema di regolazione.

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