Riassunti di Impianti cogenerativi e risparmio energetico

ESAME IMPIANTI COGENERATIVI E RISPARMIO ENERGETICO

1. Cogenerazione con impianto STIG:

Un ciclo STIG (Steam Injected Gas Turbine) è caratterizzato dal fatto che vapore prodotto nella caldaia a recupero è iniettato nella camera di combustione della turbina a gas. Nel ciclo STIG COGENERATIVO, invece, il vapore prodotto nella caldaia a recupero può essere mandato all'utenza termica e all'iniezione in camera di combust. o, a seconda di se voglia privilegiare la produzione termica o la produzione elettrica.

SCHEMA D’IMPIANTO

Produzione di energia elettricaCaldaia a recuperoPost combustoreValvola a tre vieUtenza termicaTrinitero

DIAGRAMMA DI REGOLAZIONE

• MIN-DES → regolazione del turbogruppo a gas senza iniezione di vapore in camera di combust.
• DES-MAX → turbogruppo a massima potenza con variazioni del vapore inviate in camera di combustione
• MAX → punto in cui il turbogruppo è a massima potenza. Tutto il vapore prodotto nella caldaia a recupero è inviato in camera di combustione. Totaleproduzione elettrica, minima produzione termica. (Qa = 0)

Il criterio di scelta del punto di funzionamento dell'impianto è dovuto principalmente ad analisi economiche

2) Dimostrazione del rendimento del ciclo Fired

Il gas esausto dalla turbina a gas, presentando un elevato contenuto di ossigeno (O₂), permette sfruttare un ulteriore processo di combustione medianteuna serie di bruciatori posti prima della sezione di scambio termico dellacaldaia a recupero. La combustione così effettuata viene chiamata post-combustione.

I cicli combinati con post-combustione vengono denominati Fired

Schema d'impianto

Il post-combustore è utilizzato per aumentarela quantita di vaporeda immettere nella turbinaa vapore e quindi aumentala potenza della turbina

Rendimento di un ciclo combinato "Fired":

_cCC,FIRED= W_T+W_TV / Q_TTG+Q_PC

Se f_PC aumenta, diminuisce il rendimento del ciclo combinato Fired.

Il rendimento del ciclo combinato Fired è minore di quello Unfired.

In generale i cicli "Fired" si utilizzano non per la sola produzione di energia elettrica ma per impianti separatori, dunque per sfruttare la risulta termica di recupero termico.

2) Spiegare il funzionamento di un frigorifero ad assorbimento (acqua-bromuro di litio).

Un tale frigorifero ad assorbimento è composto da due fluidi: un refrigerante ed un assorbente, e necessita dei 3 sorgenti di calore:

1. Q_e calore assorbito a temperatura minima (dalla sorgente più fredda)
2. Q_g calore ceduto a temperatura intermedia
3. Q_a calore assorbito a temperatura più alta

Schema d'impianto

Q_a = Q_g + Q_e

Principio di funzionamento:

• L'evaporatore è diviso in due parti; quella di destra ha una soluzione ricca di refrigerante, mentre quella di sinistra una soluzione ricca di assorbente.
• Nella parte destra dell'evaporatore, la soluzione assorbe calore (Q_e) dalla sorgente fredda, dunque il refrigerante evapora e tende ad andare verso sinistra e le soluzioni della parte di destra comunemente nell'evaporatore mediante un ritorno di nebulizzazione.
• Nella parte sinistra dell'evaporatore si ha scambio di calore (Q_a), inoltre la soluzione viene recuperata e viene reimmessa nell'evaporatore, aggiunge manodato al desorbente.
• Nel desorbitore viene redicuito calore Q_g ed avviene la separazione fisica tra l'assorbente e il refrigerante e viceversa. L'assorbente viene addizionato di refrigerante dove lido dopo al fluido entrante nel desorbitore.
• I due venere prima nell'evaporatore.
• Il refrigerante dal desorbitore va verso il condensatore dove rendendo refrigerante in calore viene immesso in una valvola di laminazione (per elevata pressazione) ed infine torna nell'evaporatore.

Vantaggi frigorifero ad assorbimento

• Non viene e altra realtà da un impianto refrigeratore. Il frigorifero ad assorbimento è dunque una soluzione ottima in ambito di trigenerazione
• Tutti i mezzi elettrici (valvole e le pompe sono in movimento)
• Zero impatto ambientale

Svantaggi

• Spintivi costi
• Il bromuro di litio può cristallizzare

CICLO HAT

Il ciclo HAT (Humid Air Turbine) è un'evoluzione del ciclo RWI (Recuperated Water Injection)

Schema d’Impianto

S = Saturatore

• Nel ciclo HAT, al posto del miscelatore (presente nel RWI) è presente il saturatore (S).

Funzionamento Impianto:

• L’aria entra nel CP, passa nell'intercooler (dove cede calore all'H2O), ed entra poi nel CAP per poi andare nell’after cooler (con cessione di calore all’H2O) ed infine entra nel saturatore.¹
• Nel saturatore si umidisce aria in pressione ed H2O. Nel saturatore avviene un potere di evaporazione in controcorrente, scambiatori di calore, e massa di fluidi. Inoltrecontribuisce l’umidificazione da microboiling e ricondensazione.
• Dal saturatore esce dunque aria calda umidificata che verrà riscaldata dal rigeneratore (con equilibrio e fumi uscenti dalla turbina), riscaldando i gas interconnessi nel fuel heater e infine verranno rediretti nel processore di guida e produzione di energia.
• I gas di scarico della turbina vengono dal rigeneratore, passano per i normi e zone dove si riscalderà acqua.

Cogenerazione con Impianto STIG

Il ciclo STIG (Steam Injected Gas Turbine) è caratterizzato dal fatto che il vapore prodotto nella caldaia a recupero viene iniettato nella camera di combustione della turbina a gas.

Nel ciclo STIG cogenerativo invece il vapore prodotto nella caldaia a recupero può essere inviato all'utenza termica o all'iniezione in camera di combustione a seconda che si voglia privilegiare la produzione termica o quella elettrica.

Schema d'Impianto

Produzione di Energia Elettrica

Post-combustore

Valvola a Tre Vie

Utenza Termica

Reintero

Diagramma di Regulazione

Linea di minima non condizionata

Zona di regolazione: limite sembiato

Punto di invio totale o in funzione caldaia al turboreattore

• MIN-DES: Regolazione del turboreattore senza iniezione di vapore nella camera di combustione
• DES-MAX: Turboreattore a massima potenza con iniezione del vapore iniettato in c.c.
• MAX: Punto in cui il T.R. funziona a massima potenza con combustibile ricordo è tutto condotto in c.c.

Il criterio per scegliere il punto di funzionamento dell’impianto è basato su analisi economiche.

CALCOLO LAVORO SPECIFICO E RENDIMENTO CICLO IDEALE TURBINA A GAS

TURBINE A GAS (CICLO CHIUSO IDEALE)

• 1-2: COMPRESSIONE
• 2-3: RISCALDAMENTO ISOBARO
• 3-4: ESPANSIONE
• 4-1: RAFFREDDAMENTO ISOBARO

RENDIMENTO DEL CICLO

η = ^{Q₁ - Q₂}/_Q1

η = 1 - ^Q₂/_Q1

η = 1 - ^{T₁ - T₄}/_{T3 - T2}

η = 1 - T₁^{(Tk-1 - 1)}/_{T2(T^k-1 - 1)}

η = 1 - β^k-1

η = 1 - β^k-1/_k

Il lavoro specifico si ottiene come differenza tra il lavoro prodotto in turbina e quello assorbito dal compressore

L = Q₁[1 - β^1-k/_k - c_p(T₃ - T₂)]

L = [1 - β^k-1/_k] c_p T₄ (T₃/_T1 - β^k-1/_k)

Il lavoro specifico dipende sia da β che da T₃

Il lavoro specifico è massimo quando

T₂ = T₃√T₁