Sistemi energetici avanzati - Relazione progetto CC

Sistemi energetici avanzati

Ciclo combinato

Clemente Iadanza
Mat.146022
Sistemi energetici avanzati

Introduzione e obiettivi

Nell'intento di aumentare il rendimento energetico delle centrali termoelettriche, l'adozione dei cicli combinati gas-vapore si sta diffondendo negli ultimi anni. L’uso di tali cicli prevede l’utilizzo di un turbogas, composto da un compressore, una turbina e un alternatore, che prevede l’immissione di aria comburente prelevata dall’atmosfera nella camera di combustione. I fumi di scarico utilizzati in turbina per la produzione di energia elettrica con un alternatore, vengono poi recuperati per produrre vapore in un’apposita caldaia a recupero.

Oggetto della nostra analisi è stato in particolare un ciclo 3LR: esso prevedeva 3 livelli di pressione con risurriscaldamento. La ricerca si è mossa attraverso equazioni di bilancio, tabelle e diagrammi opportunamente forniti per poter determinare le diverse portate confluenti, le potenze scambiate tratto per tratto ed i diversi punti del ciclo termodinamico sottoposto. Solo così infatti si è potuto risalire alla potenza erogata dal ciclo vapore sottoposto e alle prestazioni del ciclo combinato.

Infatti all’inizio si ha a disposizione un ciclo a vapore, al quale si deve associare un turbogas considerando soprattutto la compatibilità tra temperatura massima del ciclo a vapore e temperatura di uscita dei fumi dal turbogas.

Scelta turbogas

La scelta del turbogas passa attraverso delle specifiche di progetto. Una di queste è relativa alla TOT (temperatura di scarico fumi). Noti infatti il ΔTap, pari a 30°C, e la Tmax del ciclo a vapore sottoposto pari a 538°C, la TOT del turbogas deve soddisfare teoricamente la seguente condizione: TOT ≥ 538+30.

In secondo luogo si è dovuta effettuare una distinzione fra la temperatura di uscita dei fumi del turbogas e quella che effettivamente si registra all’uscita con la presenza della caldaia a recupero. Infatti il turbogas, come si sa, non è libero di scaricare ma è tappato dalla caldaia a recupero. Ciò fa sì che la temperatura di uscita sia in realtà maggiore, con conseguenti perdite di potenza e diminuzione di rendimento e lavoro.

Grazie a tali premesse e ad un’opportuna documentazione si è quindi potuto scegliere fra diversi turbogas quello che più si prestava alle richieste:

• Turbina: GE Energy Heavy Duty PG6591C (2003)
• Dati di targa:
  • η = 0,33 (rendimento globale)
  • P = 42,3 MW (potenza elettrica prodotta)
  • β = 19 (rapporto di compressione)
  • G = 117 kg/s (portata d'aria circolante)
  • TOT = 573,9 °C (temperatura di uscita dalla turbina)

In primo luogo si effettua il calcolo della portata di combustibile (gas naturale) necessaria per riscaldare l'aria. In cui Hi rappresenta il potere calorifico inferiore del combustibile stesso. Si ricava un valore pari a 2,87 kg/s. Nota la portata di combustibile si può calcolare λ espresso come il rapporto tra α e stechiometrico. α è definito a sua volta come rapporto tra la portata di aria e quella di combustibile.