Sistemi Energetici - ciclo vapore a recupero

Ciclo vapore a recupero

Definizione: I cicli a vapore le cui sorgenti termiche sono generalmente potenze termiche di scarto di processi industriali o chimici che andrebbero dissipate in ambiente, vengono convertite in energia elettrica.

HRSC vs CV

L'unica differenza è data dall'assenza del preriscaldatore d'aria nell'HRSC, poiché non è necessario! Tutto il calore dei gas caldi deve essere recuperato dall'HRSC.

Rendimenti HRSC

Rendimento di primo principio: η_I = ^Ė_Wout/_ĊQdisp

Dove:

• Ė_Wout = potenza netta generata
• ĊQ_disp = ṁ_g C_p,g (T_g,in – T_amb)

La potenza termica recuperabile raffreddando i fumi fino a T_amb o T_min (T_vigv/C_omb).

Rendimento di secondo principio: η_II = ^Ė_Wout/_{ṁg ĊXn,g}

Dove:

• Ė_Wrev = ṁ_g ĊX_n,g
• = ṁ_g C_p (T_o,in - T_o) (1 - ^T_o/_Tmax)

Potenza estraibile dal flusso di gas caldi in modo reversibile considerando l'exergia meccanica.

Ciclo vapore a recupero (ripetizione)

Definizione: I cicli a vapore le cui sorgenti termiche sono generalmente potenze termiche di scarto di processi industriali o chimici le combustione disposte in ambiente, vengono convertite in energia elettrica.

HRSC vs CV (ripetizione)

L'unica differenza è data dall'assenza del pre-riscaldatore d'aria nell'HRSC, perché non è necessario! Tutto il calore dei gas caldi deve essere recuperato dall'HRSC.

Rendimenti HRSC (ripetizione)

Rendimento di primo principio: η_I = ^Ė_Wout/_ĊQdisp

Dove:

• Ė_Wout = potenza netta generata
• ĊQ_disp = ṁ_g C_p,g (T_g,in – T_amb)

ṁ_g = portata termica recuperabile raffreddando i fumi fino (T_amb o T_min) (T_out g / T_{in ed})

Rendimento di secondo principio: η_II = ^Ė_Wout/_{ṁg Cx n g}

Dove:

• Ė_Wrev = ṁ_g C_{x n g}
• = ṁ_g C_p (T_o,in - T_o) (1 - ^T_o/_{Tmed log})

Potenza estraibile dal flusso di gas caldi in modo reversibile considerando l'exergia meccanica.

Analisi rendimento HRSC (η_I I^o principio)

Si può ottenere: η_I = W_OUT / Q_disp = W_OUT / η_EL-NETTO

Quindi il massimo rendimento di un HRSC si ha se: χ → 1: Q_IN^CV = Q_disp recupero tutto il calore disponibile η_CV → η_Δt il calore disponibile introdotto nel ciclo è convertito in lavoro con un rendimento pari a quello di un ciclo di Carnot ideale trigenerale.

Scelta fluido di lavoro

Un fluido ideale non esiste perché:

• Dovrebbe comportarsi come un gas perfetto o liquido perfetto (C_P=cost) in fase di scambiamenti del calore.
• Dovrebbe comportarsi come un fluido bifase in condensazione nel tratto di emissione del calore.

Se così fosse, si vincerebbe a:

• Raffreddare gas fino a T ambiente quindi X → 1.
• Massimizzare la temperatura di assorbimento perché scambi calore con d’infinitesimi e quindi avere η_cv massimo.

In realtà vi sono:

• H₂O per P_EL > 1 MW
• Fluidi organici per P_EL

Analisi termodinamica HRSG

Variabile: posizione del pinch-point all'interno del generatore di vapore. A sua volta dipende dalla temperatura in ingresso dei gas. Definita la Temperatura Soglia T_{sog Tin,G} tale che il tratto di riscaldamento del liquido sia parallelo alla curva di raffreddamento dei fumi. Se: T_G,IN > T_g,in : il pinch point si trova.