Piano caratteristico del recupero interno per turbine a gas industriali
Characteristical plane of the internal heat recovery for heavy-duty gas turbines
I parametri p , c e x rappresentano, rispetti-vamente, le variazioni relative di potenza, di energia primaria conseguenti al recupero interno e la frazione di energia primaria recuperata senza alcun fluido ausiliario. Le zone corrispondenti alle diverse tecniche di recupero possono essere così caratterizzate:
·
OBB': iniezione di vapore·
LMM'L': rigenerazione ad aria umida (la curva LL' corrisponde alla rigenera-zione termodinamica)·
PQRR'Q'P': reforming del combustibile primario (metanolo) (la curva PP' corrisponde al caso di semplice decom-posizione del metanolo)·
TUVV'U'T': reforming del metanolo realizzato a valle della rigenerazione termodinamica.The parameters p , c and x refer, respective-ly, to the relative variations of power, primary energy related to the internal waste-heat recovery and the fraction of primary energy recovered without an auxiliary fluid. The regions that are representative of plants with different recovery techniques can be characterized like this:
·
OBB': steam injection.·
LMM'L': humid air regeneration (the curve LL' refers to the thermodynamical regeneration).·
PQRR'Q'P': steam reforming of the primary fuel (methanol) (the curve PP' refers to the case of simple methanol decomposition).·
TUVV'U'T': methanol steam reforming performed downwards the thermodyna-mical regeneration.LO STUDIO DI SOLUZIONI INNOVATIVE DI IMPIANTI DI TURBINA A GAS
Le turbine a gas come sistemi industriali per la conversione dell'energia hanno subito nell'ultimo decennio un importante sviluppo che ha condotto nelle configurazioni a ciclo semplice a rendimenti oramai prossimi ai valori tipici degli impianti a vapore, nelle soluzioni a ciclo combinato gas-vapore a rendimenti difficilmente superabili se non attraverso sistemi di conversione diretta.
Di particolare interesse sono le soluzioni che prevedono un recupero interno dell'energia termica allo scarico, senza, cioè, ricorrere ad impianti sottoposti. Prospettive interessanti in tal senso sono offerte dagli impianti di turbine a gas con rigenerazione ad aria umida (HAT) e con recupero chimico dell'energia termica allo scarico (CRGT).
L'attività svolta presso il Dipartimento di Energetica ha riguardato alcuni aspetti termodinamici connessi con tecniche di recupero interno. Più in particolare la ricerca ha riguardato:
a) l'analisi, secondo una impostazione metodologica unificata, del recupero dell'energia termica allo scarico di turbine a gas realizzato all'interno dell'impianto attraverso tecniche convenzionali (rigenerazione termodinamica e iniezione di vapore) e non (rigenerazione ad aria umida e reforming con vapore del combustibile primario);
b) la definizione di un piano caratteristico del recupero interno che evidenzia le prestazioni ottenibili in impianti di turbina a gas che utilizzano differenti tecniche di recupero dell'energia termica.
L'attività di ricerca riguarda inoltre:
a) l'elaborazione di un sistema di calcolo modulare di ampia generalità, in quanto basato su modelli fisico-matematici per la previsione del comportamento di componenti elementari e su criteri generali per la caratterizzazione delle reciproche interazioni topologiche e funzionali nel sistema complessivo;
b) la valutazione delle prestazioni di impianti basati su turbine a gas in configurazioni singole o combinate, convenzionali e non. Particolare rilievo è stato dato allo studio, oltre che delle citate configurazioni con recupero interno dell'energia termica, di soluzioni impiantistiche anche relativamente complesse che prevedono l'integrazione di turbine a gas con sistemi per la gassificazione del carbone, sistemi di sintesi del metanolo, impianti con pile a combustibile.
ADVANCED GAS TURBINE POWER PLANTS
The gas turbine plants for the industrial production of energy have been undergoing an important role in this decade, achieving, in the simple cycle configurations, efficiency values closer to the typical ones of the more efficient steam power plants. In more advanced combined gas-steam cycles even greater efficiency values may be achieved close to those of direct energy conversion.
The opportunity in reducing plant complexity and cost, always keeping high efficiency, has forced the development of unconventional advanced waste-heat recovery techniques, without a bottoming plant.
In this sense, very interesting possibilities have been offered by the humid-air turbines (HAT) and by the chemically recuperated gas turbines (CRGT).
The activity at the Dipartimento di Energetica has been dealing with some thermodynamical aspects regarding to the mentioned waste-heat recovery techniques. In particular, the research has been dealing with:
a) the analysis, according to a generalized approach, of the waste-heat recovery in gas turbine plants carried out through conventional (thermodynamical regeneration and steam injection) and unconventional techniques (humid air regeneration and steam reforming of the primary fuel).
b) the introduction of a characteristical plane of the internal waste-heat recovery, which shows directly and comparatively the capabilities of the different techniques.
Moreover, the research has dealt with:
a) the development of a general computational system based on mathematical models to predict the behaviour of single elementary components and on a general criteria in order to characterized the mutual functional and topological interactions.
b) the performance evaluation of power plants based on gas turbines in the single or integrated configurations, conventional or not. Beyond the study of the mentioned waste-heat recovery configurations, the research has given special emphasis to the study of power plant solutions where the gas turbines are integrated with coal gasification systems, methanol synthesis processes, fuel cells.
c) the capabilities of the repowering of existing thermoelectric steam power plants through gas turbines integrated with the steam boiler and the feed water heat exchangers.