Cicli combinati e cogenerazione

Cicli combinati

Si chiamano così perché sfruttano gas e vapore! L'obiettivo è quello di sfruttare il calore scambiato con la sezione di uscita di un ciclo termico per aumentare il rendimento globale di sistema.

=> Nei cicli esiste un ancora interessante => si è pensato di sfruttarlo in un ciclo a vapore da rilucid ragazzi.

Questo ha prodotto un miglioramento delle un incremento nelle loro installazioni.

=> I principali problemi nel combinare i 2 impianti: difetti nello scambio di calore (1) vapore, (2) progetto.

Ciclo combinato (Gas + Vapore)

• Soluzione dominante negli ultimi decenni

Schema impianto: Diagramma T-S: oss.: deve esseres: note che va in quello del vapore senza bisogno di.

Cicli combinati

Si chiamano così perché sfruttano gas e vapore! Obiettivo è quello di sfruttare il calore scambiato con la Q₂ di un ciclo termico per aumentare il rendimento globale di sistema.

Nei cicli - spesso le - di uscita è ancora interessante - di sfruttarlo in un ciclo a vapore da fluidi - Questo ha prodotto un miglior sfruttamento delle - un incremento nelle loro installazioni.

Principali problemi nel combinare 2 impianti; s: focus nelle caratteristiche del 2 fluidi nello scambio di calore, i vapori - progetto.

Ciclo combinato Joule-Hirn (Gas-impianto vapore)

• Soluzione dominante negli ultimi decenni

Schema impianto. Diagramma T-s. Oss: il diagramma deve essere - s: motore per un - del vapore sono, grazie al ciclo a vapore la T_o è - Analisi ciclo combinato. S: differenza nei casi in cui il vapore necessiti una caldaia.

Ciclo combinato

Fired Q₁ TAG -> L₁ Q₂ Q_rigasd TAV -> L₂ Q₃

Unfired Q₁ TAG -> L₁ Q₂ TAV -> L₂ Q₃

Analisi della caldaia a recupero CR

CR: → nella realtà non consente di trasferire tutto il Q₁ all'impianto a vapore ma ha un m_CR 0.7-0.8 → m_Ltot = m₁ + m_CR munfired: ove m_CR = Q₃ / Q₂.

Del valore di m_CR dipende molto l'efficienza del ciclo combinato.

Migliorare m_CR: soluzioni

• Valori di Pinch Point (minima ΔT allo scambiatore) contenuti.
• Cercare di ridurre Tam del ciclo a vapore diminuendo la pressione del ciclo (depressionare). Questo però fa calare m₂ (L).
• Frazionamento in livelli di pressione della transizione di fase.

Ottimizzazione del ciclo combinato

Repowering: si effettua repowering (potenziamento) dell'impianto in vari modi:

• Apporto di combustibile nella caldaia del ciclo a vapore (ciclo Fired) → ↑ potenza +15%.
• Ottenuto la caldaia con pare di scarico del vapore → ↑ rendimento → efficienza.
• Aumentare l'efficienza del volume.
• Ripotenziamento con caldaia a recupero effettiva → si deve modificare la TAV (T_H, T^M).

Gassificazione: si usa nel caso in cui si debba un combustibile solido e meno pregiato (biomasse, rifiuti, dist. petroliferi, cellulose...).

Criteri di progetto per TAG nei cicli comb. gas

L'incremento della potenza dipende molto da T_max.

T_max adatta anche T_out (max) è importante per non penalizzare il ciclo a vapore → deve T_out nella zona di medio T_out TAG.

Deve avere i ridondanti casi da poter sfruttare.

Caratterizzazione caldaie a recupero CR

Elemento di collegamento tra i due impianti: dunque è l'elemento universalità dei cicli combinati.

HRB: Heat recovery Boiler.

HRSG: Heat recovery steam generator.

L'introduzione del fuoco supplementare (ciclo Fired) non alterare tali funi poiché deve realizzato prima dell'ingresso in CR.

Confronto tra caldaie tradizionale e HRSG

Pot. tec. Volume. Sup. di scambio sono maggior nell'HRSG.

HRSG: Vapore 500°C.

Caldaia tradizionale: il recupero di calore nell'HRSG è l'elemento principale da cui dipende la "qualità" del ciclo.

Oss. La zona isobaro termica governa della forti differenze di T tra i fluidi termovettori (gas + fumi, acqua + vapore a T cost.).

Pinch point e (ΔT_min, ΔT_ap) [σ] sono i punti base di progetto!

Bilancio: ṁ_f c_pf (T_g - T₃) = ṁ_v [h_w + ΔT_sa, ΔT_ev] (h_w (T₃ - ΔT_pp- ΔT_sc).

Bisogno base alimet: nell'applicazione c'è ReT_sa ridotta ma radd.vap.

Zona a Velo: ṁ_f c_pf (T₃ - T₁) = N_v [h_w (T₃ - ΔT_pp - ΔT_sc) - ṁ_uTe].

Approach point: Gas - vapore ΔT_ap.

Pinch point minima ΔT_pp ce c'è Re quanto acqua Sat.

T_gas (Sat) -Just ΔT_pp.

T_acqua (Sat) -Just ΔT_ap acqua.

Rendimento ciclo combinato Solo-Hum

HRSG_η^e = 56 ÷ 48% per evidenti irreversibilità in caldaia.

Si sono quindi adottate soluzioni a 2/3 livelli di pressione ed are puntualmente venendo realizzate nel TAG => 3 livelli: rendimento 46 ÷ 60%!

3 Livello di P₁

L’acqua che viene dal condensatore viene reimmessa alla caldaia a recupero dopo essere stata portata alle P_in turbina (30 ÷ 90 bar).

Vi sono piuttosto basse perdite; la caldaia consente uno sconforto recupero (caldaia monoscambiatore).

_T^a la _T^d inosso o curvare elevata avv da cal. ione da recupero.

2 Livelli

Si hanno 2 circuiti, uno di bassa ed uno di alta pressione (1/15 volte pressione cioè in caldaia o poi in turbina).

η ma aumenta anche i costi d’impianto.

La tecnica! Consiglio di p.^-5 zona a bassa p / un cui si è riempitore più rendimento.

Surriscaldamento di bassa P.

Si può eliminare.

Ciclo a n livelli di P

S: arriva a polverizzazione (200 bar).

M T camino molto bassa, 100° C.

La portata di vap. del circuito ad alta P 4/5 volte quella a Pr., eda.

S: avere combustibili "pregiati".

Il massimo rendimento possibile si ha con 3 livelli + reheat → infatti: riuso recupero il massimo Q possibile e gener ℒmax possibile.

Composizione HESG

• Economizzatore: preriscaldo dell'acqua di alimento.
• Evaporatore: passaggio di fase L→ V.
• Surriscaldatore: surriscalda il vapore.
• Corpi disposti in serie e controcorrente al gas che scarica.
• Si possono ottenere Tª su due o anche tre dispositivi ibridi tra n livelli di pressione contigui.
• Degasatori: servono a rimuovere l'oss. posta contenuta & vestume.

(Vedere immagini e schemi d'impianto slide)

Cogenerazione

Si definisce cogenerazione un processo in cui in uno medesimo impianto si producono energia elettrica ed energia termica.

Energia termica si ottiene dal recupero energetico di calore di scarto nel processo di produzione di energia elettrica.

NB: si considera cogenerazione anche se il calore viene poi usato per altri processi.

Con tale processo si sfrutta meglio l'energia primaria ed è infatti considerata una delle migliori forme di risparmio energetico.

Può essere integrata con fonti di energia rinnovabili (FER).

Il costo più elevato per questi impianti sono gli scambiatori da dimensionare doppie specificità di scambio che consentono di effettuare scambi minori.

In termini energetici la cogenerazione è sicuramente conveniente, deve poi essere fatto un bilancio con i costi d'impianto e di investimento per valutare l'effettiva convenienza.

Componenti principali di impianto cogenerativo

• Al si può: generatori di potenza meccanica (TAC, ITAG, ISCC, FASOG).
• Scambiatori di calore intermedi (ripreso, ISOBAR interni/liquid/gas, condens).
• Scambiatori con l'ambiente.
• Elementi per introduz. di calore aggiuntivo (caldaie, post specialties brr).
• Serbatoio di stock.
• Sistema di integrazione con eventuali FER.

Classificazioni

In base a:

• Interconnessioni energetiche.
• Rilascio flussi tra i componenti.
• Generatori di potenza utilizzati.
• ITA.
• ITAG.
• Motore Diesel (accensione spontanea).
• Motore Otto (comandata).
• Combustibili utilizzati.
• Oli minerali "idrocarburi".
• Carbone.
• Olio combustibile.
• Gas Naturale.
• Carosio.
• Biomasse.

Suddivisioni di sistemi

Sistemi generatori di potenza ed energia primaria con recupero chimico o parziale.

Il combustibile usato per il generatore di potenza viene raccolto per rilasciare calore utile in parte del sistema _RT o in parte successiva.

Sistemi generatori di potenza con EU.1^o con introduzione di energia supplementare.

Sistemi generatori di potenza con EU.1^o per essere integrati in cicli combinati multisuccessivi di energia supplementare.

Campi di impiego cogenerazione

A secondo delle caratteristiche detti impianti termini si copre una vasta gamma di applicazioni che vanno in base al carico elettrico e termico.... la scelta di gradini anche da tali osservazioni!

Parametri di prestazione

Rendimento elettrico: η_el = L_el / Q_t.

Rendimento totale secondo il 1° principio η_tot = L_el + Q_utile - M_t Q_tot (L_el / Q_el) = η_el (1 + Q_u / L_el).

Def. Indice elettrico: I_E = L_el / Q_u.

Def. Indice di risparmio energetico: IRE = Q_c - Q_t / Q_c rapporto il calore Q_c calore convenzionale al calore giusto.

Calore convenzionale energia del prodotto tensione del sistema nazionale η_el casi Q. Q prodotto da generare convenzionale μ_GC = 0.6 - 0.9.

IRE = Q_c - Q_t / Q_c = 1 - Q_t / Q_el,c + Q_hta,c = 1 - L_el / η_el L_el + Q_u / W_el,carico W_GC.

Esempi applicativi

Motori a combustione interna

Posso recuperare calore da:

• Acqua di raffreddamento.
• Gas di scarico.
• Olio lubrificante.

Non è ideale perché le T disponibili sono abbastanza basse 80-200°C.

Manutenzione ha costi elevati.

Impianti a vapore a contropressione

Il molto bassi 0.1 - 0.2 pressioni condensazione doppio di quelli cicli Rankine.

Costi di impianti bassi.

Impianti a vapore o sfiamento

Sistema di regolazione.

Impianti a vapore sono adatti ma sono impianti industriali.

Effetto cogenerazione di Q.

Sono impianti molto flessibili per i costi di manutenzione sono considerevoli.

TAG: turbine a gas

Soluzione con iniezione di vapore.

Per la flessibilità e regolazione.

IE = 0.9-1.

Soluzione valida, costi di rendimento bassi.

Cicli combinati con vapore

IE = 0.7-1.5.

Costi d'impianto elevati.

Regolazione gestibile.

Tali impianti sono usati sia in ambito industriale che civile.

Teleriscaldamento

Applicazione frequente di cogenerazione.

È praticamente impiegato nelle zone fredde.

Del teleriscaldamento insieme degli elementi associati per realizzare e controllare un processo di cogenerazione ed di integrazione (elementi in parte) un ciclo generato ad utenze termiche con ubicazione differente dalla centrale.

Sfrutto una rete di distribuzione del calore.

Spesso ho sostituzione in quartieri/condominio.

In grandi città del nord ho reti di distribuz. del vapore/opure acqua 100°C.