Paniere completo di Progettazione dei sistemi energetici - Risposte multiple e aperte

LE RISPOSE A QUESTE DOMANDE SI TROVANO NELLA PAGINA PRECEDENTE (LEZ 41)

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Set Domande: PROGETTAZIONE DEI SISTEMI ENERGETICI

INGEGNERIA INDUSTRIALE (D.M. 270/04)

Docente: Cioccolanti Luca

Lezione 044

01. Nel ciclo HAT

il saturatore ha l'obiettivo di saturare l'aria in ingresso al compressore

viene miscelata acqua all'aria uscente dal compressore ad alta pressione, ottenendo un brusco abbassamento della temperatura di miscela aria-acqua

sebbene si raggiungano elevati rendimenti di ciclo, l'impatto ambientale è superiore a quello del ciclo ICR

il saturatore sostituisce il miscelatore del ciclo RWI con un processo termodinamicamente migliore

02. Quale di queste affermazioni è errata?

I cicli misti possono raggiungere temperature massime del ciclo a gas più alte rispetto ai cicli combinati

Il rendimento dei cicli combinati è generalmente più elevato di quello dei cicli misti eccezzion fatta di quello HAT

Nei cicli misti i problemi connessi alla formazione di ossidi di azoto sono superiori rispetto a quelli nelle tradizionali turbogas

Il lavoro specifico dei cicli misti è particolarmente elevato specie nei cicli HAT

03. Descrivere il ciclo RWI con iniezione di acqua ed il ciclo umidificato HAT

04. Disegnare lo schema del ciclo RWI e del ciclo a gas interrefrigerato rigenerativo e confrontare i due cicli

03. Il ciclo RWI (Recuperated Water Injection) è una variante sofisticata del ciclo a gas interrefrigerato rigenerativo (ICR) che

presenta un recupero termico ottimizzato. Nel ciclo RWI, l'aria uscente dal compressore ad alta pressione viene miscelata

con acqua preriscaldata, provocando un abbassamento brusco della temperatura della miscela. Questo permette al

rigeneratore di riscaldare una corrente a bassa temperatura e fornire il calore necessario per l'evaporazione dell'acqua,

ottenendo un efficace recupero termico dai gas. L'acqua di iniezione viene preriscaldata utilizzando il primo intercooler e un

economizzatore finale sui gas di scarico, ottimizzando così il ciclo.

Il ciclo HAT (Humid Air Turbine) è un'ulteriore evoluzione del ciclo RWI. Oltre agli elementi presenti nel ciclo RWI, il ciclo

HAT include il saturatore, che sostituisce il miscelatore del ciclo RWI. Nel saturatore avviene uno scambio di calore

progressivo e contemporaneo tra l'aria proveniente dal compressore di alta pressione e l'acqua preriscaldata presente nel

sistema. Ciò porta a una saturazione adiabatica dell'aria seguita da un riscaldamento con progressiva umidificazione.

L'acqua si raffredda ed evapora cedendo calore e massa all'aria, creando un ciclo rigenerativo in cui il calore dei gas di

scarico viene trasferito all'aria calda e umidificata uscente dal saturatore. Il ciclo HAT presenta bassi tassi di formazione di

NOx e offre vantaggi in termini di riduzione delle temperature in camera di combustione.

04. Lo schema del ciclo RWI (Recuperated Water Injection) prevede l'iniezione di acqua nell'aria compressa ad alta

pressione prima del rigeneratore. L'acqua abbassa la temperatura dell'aria e, durante l'ingresso nel rigeneratore,

l'evaporazione dell'acqua assorbe calore sensibile, consentendo un efficace recupero termico dai gas di scarico. Viene

inoltre ottimizzato preriscaldando l'acqua di iniezione con il primo intercooler e un economizzatore sui gas di scarico.

Il ciclo a gas interrefrigerato rigenerativo (ICR) è una variante del ciclo a gas semplice, in cui l'aria compressa ad alta

pressione viene raffreddata tramite un ciclo di refrigerazione interno, utilizzando un fluido di lavoro come il refrigerante.

Tuttavia, il recupero di calore dai gas caldi non è completo a causa dell'alta temperatura dell'aria in ingresso al rigeneratore e

dello sbilanciamento termico tra l'aria e i gas nel rigeneratore.

Confrontando i due cicli, il ciclo RWI migliora il recupero termico grazie all'adozione della fase evaporativa dell'acqua,

bilanciando le capacità termiche dei gas. D'altra parte, l'ICR utilizza un ciclo di refrigerazione interno per raffreddare l'aria,

ma non raggiunge un recupero termico completo come nel ciclo RWI.

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Set Domande: PROGETTAZIONE DEI SISTEMI ENERGETICI

INGEGNERIA INDUSTRIALE (D.M. 270/04)

Docente: Cioccolanti Luca

Lezione 045

01. I cicli ibridi

sono impianti che integrano le tecnologie delle celle a combustibile ad alta temperatura con i cicli termodinamici a gas e/o vapore

sono impianti che integrano le tecnologie delle celle a combustibile a bassa temperatura con i cicli termodinamici a gas e/o vapore

si ottengono dalla combinazione di un ciclo turbogas e di un ciclo bottoming a vapore

prevedono l'intima miscelazione del gas e del vapore contrariamente ai cicli combinati

02. L'applicazione dei cicli ibridi

sarebbe in grado di garantire rendimenti di poco inferiori a quelli dei cicli combinati

consente rendimenti elettrici superiori rispetto a quelli tipici della combustione nei cicli turbogas ma con perdite superiori

sarebbe in grado di garantire rendimenti di circa il 70%

una combinazione delle precedenti

03. Quale di questi vantaggi non può essere conseguito con una cella a combustibile pressurizzata?

migliori prestazioni in termini di rendimento

elevate dimensioni massime ammissibili

migliori condizioni di scambio termico all'interno della fuel cell

uso di turbocompressori per l'introduzione del gas all'interno della cella

04. Disegnare un possibile schema di riferimento per un ciclo ibrido e descriverne i vantaggi e le attuali problematiche

04.I cicli ibridi, che integrano le tecnologie delle celle a combustibile ad alta temperatura (MCFC e SOFC) con i cicli

termodinamici a gas e/o vapore, offrono diversi vantaggi. La reazione di ossidazione elettrochimica delle celle a

combustibile permette di ottenere un rendimento di produzione di energia elettrica di circa il 50%, inferiore alle perdite di

lavoro reversibile associate alla combustione tradizionale. L'applicazione dei cicli ibridi potrebbe teoricamente garantire

rendimenti del 70%, rispetto al 55-60% dei cicli combinati. La pressurizzazione benefica migliora le prestazioni della cella a

combustibile, consentendo l'uso di un turbocompressore anziché ventilatori di ricircolo, e migliora le condizioni di scambio

termico nella fuel cell. Inoltre, i cicli ibridi eliminano le emissioni di CO e riducono significativamente gli NOx. Tuttavia, ci

sono alcune problematiche da affrontare, come i costi e le dimensioni dei contenitori delle celle ad alta temperatura per il

funzionamento a pressioni elevate. Inoltre, la pressurizzazione può influire negativamente sull'equilibrio delle reazioni di

reforming degli idrocarburi. È necessario progettare sistemi efficienti di recupero di calore e preriscaldamento dell'aria per

ottimizzare il funzionamento dei cicli ibridi. © 2016 - 2023 Università Telematica eCampus - Data Stampa 16/01/2023 13:20:14 - 58/77

Set Domande: PROGETTAZIONE DEI SISTEMI ENERGETICI

INGEGNERIA INDUSTRIALE (D.M. 270/04)

Docente: Cioccolanti Luca

Lezione 046

01. I cicli ibridi possono impiegare

celle a combustibile di tipo AFC

celle a combustibile di tipo SOFC o MCFC

celle PEFC a pressione atmosferica

esclusivamente celle di tipo MCFC

02. I cicli ibridi

non possono essere impiegati in configurazione cogenerativa

in configurazione cogenerativa possono raggiungere rendimenti totali dell'80-85%

presentano un rapporto energia elettrica/energia termica prodotte circa unitario

presentano temperature dei gas di scarico di circa 300-400°C © 2016 - 2023 Università Telematica eCampus - Data Stampa 16/01/2023 13:20:14 - 59/77

Set Domande: PROGETTAZIONE DEI SISTEMI ENERGETICI

INGEGNERIA INDUSTRIALE (D.M. 270/04)

Docente: Cioccolanti Luca

Lezione 047

01. Quale di questa affermazione è errata?

Rispetto agli impianti a gas naturale gli impianti IGCC presentano un rendimento inferiore di 8-10 punti percentuali

Rispetto agli impianti a gas naturale gli impianti IGCC presentano maggiori perdite termiche e di pressione nei vari componenti del sistema

Rispetto agli impianti a gas naturale gli impianti IGCC presentano un maggiore impatto ambientale

Rispetto agli impianti a gas naturale gli impianti IGCC presentano maggiori assorbimenti degli ausiliari di processo

02. Il gas di sintesi utilizzato in un impianto IGCC

è principalmente costituito da metano e biossido di carbonio

deve essere depurato prima del suo utilizzo nella turbina a gas

deve essere bruciato in una camera di combustione esterna al fluido di lavoro

presenta un potere calorifico all'incirca pari a quello del gas naturale

03. Negli impianti IGCC

si riduce la pressione in turbina poiché il combustibile ha un potere calorifico inferiore a quello del gas naturale

occorre verificare che il compressore non superi i margini di stallo dato l'aumento di portata in turbina

la portata di combustibile rimane inalterata rispetto a quella dell'impianto combinato

viene limitata la TIT a causa delle caratteristiche fisiche del syngas

04. Gli impianti IGCC

possono utilizzare oltre al carbone anche altri combustibili a basso costo come il coke di petrolio, le biomasse e i rifiuti urbani

sono ancora in via di sperimentazione

presentano un rendimento superiore a quello degli impianti a ciclo combinato

prevedono l'integrazione del processo di gassificazione con un impianto a ciclo ibrido

05. Quali sono le modifiche necessarie per il funzionamento delle turbine a gas con il gas di sintesi?

Le modifiche necessarie per il funzionamento delle turbine a gas con il gas di sintesi sono le seguenti:

-Riduzione del potere calorifico: Il gas di sintesi, composto principalmente da monossido di carbonio (CO) e idrogeno (H2), ha un

potere calorifico nettamente inferiore rispetto al gas naturale. Spesso, viene diluito con acqua per limitare le emissioni di NOx e per

scopi di recupero termico, ulteriormente diminuendo il potere calorifico.

-Aumento della portata: La portata del gas combustibile diventa 4-5 volte maggiore rispetto al gas naturale per ottenere la stessa

potenza termica sviluppata. Ciò richiede un aumento di potenza della turbina e dell'intero sistema del turbogas, mantenendo

inalterata la potenza assorbita dal compressore.

-Aumento della pressione in ingresso alla turbina: L'aumento della portata comporta un aumento della pressione del gas di sintesi in

ingresso alla turbina. È necessario verificare che l'aumento del rapporto di compressione non superi i limiti di stallo del compressore.

In caso contrario, è necessario apportare modifiche alla sezione degli ugelli della turbina.

-Modifiche al combustore: Se l'aumento del rapporto di compressione è possibile, l'unica modifica richiesta al turbogas riguarda il

combustore per consentire