Esercizi Cicli combinati e cogenerazione (sistemi energetici)

Nome e cognome numero di matricola

Corso di Sistemi Energetici esercitazione 3 gruppo 1

Dati

Sia dato il ciclo combinato con cogenerazione p 45 bar rappresentato in figura. La turbina a gas, caratterizzata da una potenza elettrica pari a W e rendimento pari 0.92, scarica al punto (A) la portata m alla temperatura T_2A 36 °C. Prima dell'ingresso nella caldaia a recupero, i gas di scarico della turbina a gas passano all'interno di un post combustore dove la loro temperatura viene aumentata grazie alla combustione della portata di combustibile m_fuel (sono noti il potere calorifico inferiore LHV del combustibile e il rendimento del post combustore). La portata di gas in uscita dal post combustore (B) attraversa la caldaia a recupero per poi raggiungere il camino (F) con una temperatura uguale a T_F. La caldaia a recupero alimenta un ciclo a vapore sottoposto. La portata di vapore m_vap esce dalla caldaia a recupero (1) in condizioni di vapore surriscaldato alla pressione p₁ e alla temperatura T₁ ed espande all'interno del corpo di alta pressione TAP fino alla pressione p₂. Parte del vapore viene quindi spillato (è nota la portata spillata pari a m_sp) per servire un'utenza cogenerativa (U). L'altra parte espande nel corpo turbina di bassa pressione TBP fino alla pressione del condensatore. La pompa P1 porta la pressione della portata condensata alla pressione del degasatore, uguale a quella dello spillamento nel punto (13). Parte della portata nel punto (4) viene inviata in condizioni di vapore saturo (5) ad alimentare lo stesso degasatore. La portata in uscita dall'utenza (7) si trova in condizioni di liquido saturo alla pressione di spillamento e viene direttamente miscelata con la portata in uscita dal degasatore dell'impianto (6). In uscita dal MIX, punto (8), viene quindi inviata tramite una pompa P2 alla caldaia a recupero dove viene portata alle condizioni del punto (1). Come mostra la figura, la caldaia a recupero è composta da quattro tratti: il corpo economizzatore è caratterizzato da un sottoraffreddamento pari a Si assuma il c dei fumi pari a in ogni trasformazione del tratto A-F.

Rappresentazioni e calcoli richiesti

• Si rappresenti su un piano termodinamico T-s il ciclo a vapore sottoposto.
• Tracciare il diagramma T-%Q della caldaia a recupero.
• Calcolare le condizioni termodinamiche in tutti i punti indicati nella tabella allegata, riepilogando i risultati nella stessa.
• Verificare il pinch-point nella caldaia a recupero indicando il suo valore. Eventualmente indicare le possibili strategie per correggerlo.
• Calcolare la portata di combustibile iniettato nel post-combustore.
• Calcolare la potenza elettrica netta del ciclo combinato e la potenza termica (cogenerazione).
• Riepilogare tutti i risultati nelle tabelle seguenti.

Tabella delle condizioni termodinamiche

Si prega di effettuare i calcoli richiesti e compilare le tabelle con i risultati ottenuti.