Macchine 4: cicli combinati, cogenerazione, motori a combustione interna, esercizi

Cicli combinati

Impianti con maggiore efficienza elettrica nell’utilizzo dei combustibili.

Impianto turbogas ciclo aperto e impianto a vapore, si sfrutta lo scarico del turbogas come input energetico dell’impianto a vapore.

Turbogas - topper vapori - bottomer.

Si hanno così due generatori di energia elettrica.

• Unfired - con il combustore
• Fired - con combustore aggiuntivo

_glob = _𝥲[() - ()_LHV]

2/3 turbogas

1/3 vapore

Unfired ha più alto

Fired

L_A

Q₁

Q₂

Q_FIR

T_AV

L₂

Unfired

E=0_c = ₁+₂₂^−₂₂

HRSG

_HRSG = ‑() = L₁+L₂

Q₁+Q_FIR

_{2 HRSG}

_–HRSG

Cicli combinati

Impianti con maggiore efficienza elettrica nell'utilizzo dei combustibili; impianto turbogas ciclo aperto e impianto a vapore, si sfrutta lo scarico del turbogas come input energetico dell'impianto a vapore.

Turbogas - topping vapore - bottoming

Si hanno così due generatori di energia elettrica.

• Unfired - con il combustore
• Fired - con combustore aggiuntivo

η_glob = ^{ᵒ̅_g(h_3g-h_4g) - (h_4gh_5g) + ᵒ̅_v(h_2vg-h_av)}/_{ᵒc LHV}

2/3 η turbogas

1/3 η vapore

Unfired ha η più alto

Fired

η₁ = L₁/_Qa = 1 - ½_Q2/Qa ⇒ Q₂ = Q_a(1-η₁)

η₂ = L₂/_Q2+QFIR

ε = Q_FIR/_Qa ⇒ Q_FIR = εQ_a

Unfired ε=0

η_c = η₁ + m₂ - m₂η₂

Non tutto il Q₂ entra nel ciclo a vapore perché che scambiatore di calore che rilascia parte del calore qui equivalente.

Considero la caldaia a recupero HRSG.

Q_a

T_AG

T_AV

"q"

"f"

η₁ = L₁ / Q_a

Q₂ = (1-η₁)Q_a

η_HRSG = Q₃/Q₂ = c_P(T_AG-T_Sg)

Q₃ = c_P(T_AG-T_AG)

Q₃ = Q₂η_HRSG

η₂ = L₂/Q₃ ⇒ L₂ = Q₃η_HRSG ⇒ L₂ = m₂Q₂η_HRSG= m₂(1-η₁)Q_aη_HRSG

η_c = L₁+L₂/Q_a ⇒ η_c = η₁Q_a + (1-η₂)Q₂η₂η_HRSG/Q_a= η₁ + m₂η_HRSG ⇒ η_c = η₁ + η₂η_HRSG

Cicli a recupero ideali

Idea alla base del ciclo combinato: strategia senza un cambio di perdita, idea per recuperare calore.

Ideale: ciclo che recupera completamente ciclo reversibile Triangoloide

L_REV = GΔR (T₀ΔS)_8/3

Q_AW = GΔR (T₁)_8/3

L_rev = Q_AW G-portata

η_REV = L_REV / Q_AW = 1 - T₀ / T_UL

Ciclo reale

Round il principio

η_I = L / Q_AW (Ciclo Bertuocco reale) η = L / Q_IN

η_Z = η_I x η_REC

Per massimizzare Ε è η massimi

Ciclo di Carnot

Ciclo di Carnot: non recupero quasi nulla ma η alto.

Soluzione ottimale Η basso ma recupero quasi tutto

Con soluzione ottimale

Bisogna minimizzare l'incremento entropico Η_max se ΔT > 0 ρ step.

ΔS_B = Cp ln (T_E / T_O)

Γ È minimo ΔS

Anche nella situazione attuale, un nrec risulta fortemente realizzato a quello ottenibile con un ciclo reversibile.

Si pongono allora più cicli di Carnot in serie, si hanno più macchine.