Energy Engineering - Advanced Energy Systems

Full exam

SISTEMI ENERGETICI AVANZATI per allievi ingegneri energetici Appello del 25 giugno 2013 Tempo a disposizione: 1 ora e 30 min Avvertenze per lo svolgimento del tema d’esame: 1) Indicare chiaramente nome e cognome su tutti i fogli che si intendono consegnare. 2) Rispondere brevemente ma con chiarezza solamente ai quesiti posti. Calcoli e spiegazioni - pur corretti in sé - che non rispondono ai quesiti posti non saranno considerati ai fini della valutazione. 3) Il punteggio dei singoli esercizi si riferisce ad esercizi svolti in modo completo con risultati numerici esatti. Risultati numerici corretti ma non accompagnati dalle relative spiegazioni non saranno presi in considera- zione. 4) La votazione dell'esame è la somma dei voti riportati nei singoli esercizi e di un bonus (punti 6) assegnato in considerazione del grado di completamento di almeno uno degli esercizi, della comprensibilità della calligra- fia, dell'ordine del testo della risoluzione, del livello delle spiegazioni a corredo. Il punteggio finale verrà nor- malizzato in base ai risultati medi. Il punteggio minimo per l'ammissione all'orale è 16/30. 5) Parlare con i colleghi e/o copiare prevede l’immediato annullamento del compito. Quesito 1 (10 punti) A una centrale a ciclo combinato alimentata a naturale viene aggiunto un sistema retrofit per la cattura di CO 2 secondo una strategia post-combustione basata su assorbimento con solvente tipo MEA che è in grado di evitare l'85% delle emissioni di CO 2 in atmosfera (specifiche all'unità di energia prodotta) determinando però un decadimento di rendimento dal 56 al 47%. Date le seguenti caratteristiche del combustibile: • Composizione molare frazione molare massa molecolare, kg/kmol CH 4 0.880 16 C2H6 0.032 30 C3H8 0.018 44 C4H10 0.020 58 CO 2 0.030 44 N2 0.020 28 • Massa molare, kg/kmol: 18.872 • Potere calorifico inferiore, MJ/kg: 44.615 Si chiede di valutare: 1) l'indice SPECCA relativo alla trasformazione di retrofit, 2) la frazione di carbonio catturata nell'impianto MEA rispetto a quello introdotto con il combustibile. Quesito 2 (16 punti) Si consideri l'impianto IGCC schematizzato come nella figura sottostante. Sono noti i seguenti parametri di progetto: • Frazione massica ceneri nel carbone 0.09 • PCI del carbone, MJ/kg 25 • Portata ossigeno, kg/s 36 • Portata di acqua nello slurry, kg/s 15 • Portata di acqua al quench, kg/s 87 • Portata condensato rimossa sezione C, kg/s 96 • Temperatura del syngas all'uscita del quench (sezione A), °C 246 • Pressione del syngas sezione A, bar 60 • Perdita di carico nel cooler, bar 2 • Temperatura del syngas all'uscita del cooler (sezione B), °C 160 • Massa molare della frazione secca di syngas 21 • PCI della frazione secca di syngas, MJ/kg 11 Nell'ipotesi che • il syngas esca saturo di acqua dal quench, • tutte le ceneri contenute nel carbone siano scaricate sul fondo del quench, si chiede di valutare la cold gas efficiency del processo. Dati per la risoluzione del problema: • massa molare H 2O: 18 kg/kmol • pressione di saturazione H 2O a 246 °C: 37.14 bar • pressione di saturazione H 2O a 160 °C: 6.181 bar GASIFIER WATER QUENCH water coal oxidant water condense d syngas ABB ash C slurry water