Sistemi Energetici (parte 2)

18/11/2020

CICLI COMBINATI

Ciclo combinato = accoppiare tra ciclo a gas (J-B) e ciclo a vapore (Rankine) sfruttando calore dei gas di scarico del turbogas x generare vapore

• Cicli a gas semplice sono poco diffusi, perché ha poco senso scaricare gas caldi in atmosfera senza provare a recuperarne il contenuto termico, che è elevato
• ciclo "topping" = da lavoro ad alte T -> J-B
• ciclo "bottoming" = da lavoro a basse T recuperando calore scaricato da ciclo "topping" -> Rankine

HRSG = Heat Recovery Steam Generator (caldaia a recupero)

sostituisce caldaia a combustione usata in centrali a vapore "convenzionali", e si fa uno scambio di calore

-> rappresenta "jumpina"

in quanto sintesi di 2 grafici diversi (riferiti a 2 diversi fluidi di lavoro)

CICLI COMBINATI

Ciclo combinato = accoppiare tra ciclo a gas (J-B) e ciclo a vapore (Rankine) sfruttando calore dei gas di scarico del turbogen. per generare vapore.

Ciclo a gas semplice sono poco diffusi, perde un po' senso scaricare gas caldi in atmosfera senza provare a recuperarne il contenuto termico, che è elevato.

• Ciclo "topping" = da lavoro ad alte T J-B
• ciclo "bottoming" = da lavoro a basse T recuperando calore scaricato da ciclo "topping" Rankine

HRSG = Heat Recovery Steam Generator (caldaia a recupero)

Sostituisce caldaia a combustione usata in centrali a vapore "convenzionali", e si fa uno scambio di calore.

rappresenta "jump" perché in quanto sintesi di 2 grafici diversi (riferiti a 2 diversi fluidi di lavoro)

J - B

RANKINE

A partire da questi 2 cicli si può rappresentare il diagramma di Scambio termico tra caldaia a recupero:

Questa parte di calore non viene sfruttata

X maggior compattezza si rappresentano entrambi i cicli su unico grafico (come visto prima)

Come recuperare nel modo + efficiente possibile il calore dei gas di scarico del TG?

• Ideale sarebbe avere ciclo in cui T H₂O "segue" andamento di temperatura dei gas, poi espans. isentropica e cessione di calore all'amb. esterno a T = cost.

Non esiste nessun fluido capace di compiere simili trasformazioni!

Se provassimo a usare ciclo Carnot come ciclo bottoming avremmo grosse irreversibilità (V. grafico pag. seguente)

si ha scambio di calore sotto diff. temperature finite

➡️ IRREVERSIBILITÀ (ΔS_A)

Tutto questo calore viene scaricato direttamente in atmosfera (sempre sotto ΔT finiti) senza che venga assorbito da ciclo bottoming

➡️ ALTRA IRREV (ΔS_B)

Con n cicli di Carnot:

➡️ si recupera calore su n livelli di T (o di P) ➡️ 0 irr.

❗ Ciclo Carnot è ciclo ideale, non realizzabile nella pratica ➡️ in realtà si usa spesso ciclo Rankine come ciclo di bottoming.

Negli eserc., la sua foma si presta meglio a recupero termico risp. a un ciclo di Carnot.

➡️ si vede subito che in caso ciclo Rankine le irr. sono minori (in particolare ΔS_B è minore)

NB Caldaia a recupero deve essere scambi. controcorrente x minimizzare ΔT tra le 2 correnti di fluido lungo lo scambiatore

Come in caldaie "convezionali", anche da HRSG si hanno 3 sezioni:

• ⭢ economizzatore ➝ ri-scalda H₂O liquida
• ⭢ evaporatore ➝ trasforma H₂O liq. saturo in vapore saturo
• ⭢ surriscaldatore ➝ "trasforma" vap. saturo in vap. surriscaldato

Eventualm. si può avere uno o + ri-surriscaldamenti

per abbassare ulteriorim. il vapore da condiz. di

saturazione

es.

ri-surriscaldamento

CALDAIA A RECUPERO (HRSG)

• elemento fondamentale del ciclo combinato
• è di fatto uno scamb. calore formato dalle 3 sez. descritte
• prima)

NB economizzatore è la parte + lontana da scarico TG,

ovvero dove i fumi sono a "preda" perda interesa

riscald. H₂O liquida senza farla evaporare → ciò

avviene nell'evaporatore); surriscaldatore è invece la

parte + vicina a scarico TG (fumi + caldi).

(parte di TG

da qui si muta

da disposizione:

controccorrente

indispensabile

SH

EVA

Conden.

ECO

pompa

SH

STEAM DRUM = corpo cilindrico (liq + vapore all'interno)

HRSG a livello

Vapore viene prodotto

a un varco liv. di

pressione)

CONFIG + SEMPLICE

Fisicamente HRSG è scambiatore a fascio tubiero. (Fumi un

cui passo H₂O sono lambiti dai fumi del turbogas)

Come già accennato, x HRSG è possibile rappresentare un

diagramma di scambio termico:

v prossima pagina ("ZOOM")

IN OUT

ΔT

approach

point

(V. PROSSIMA