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Cap.7 - I cicli termici delle macchine motrici
turbina
vapore
31 calore al condensatore
15 potenza mecc. turb. vapore
48 pot. meccanica totale
100
combustibile
turbogas
33 potenza mecc. turbogas
rendimento globale 48%
46 calore recuperato
21 fumi al camino
caldaia a
recupero
67 calore scarico
turbogas
Figura 27: Diagramma di Sankey (semplificato senza tener conto delle perdite) che illustra i
flussi energetici in un ciclo combinato unfired.
L’impianto che ne risulta è detto a ciclo combinato, ed è in grado di raggiungere, con
opportuni accorgimenti, rendimenti di primo principio sicuramente oltre il 50%, e fino al 60%
in alcuni impianti recenti. Questa tecnica costituisce la prospettiva più promettente per
incrementare le prestazioni degli impianti termoelettrici; nel prossimo futuro è prevista, oltre
che la costruzione di nuovi impianti, anche la conversione di impianti esistenti in impianti a
ciclo combinato (repowering) per aumentarne la potenza erogata a parità di consumi di
combustibile, e quindi di inquinanti emessi.
Lo schema di massima di un ciclo combinato è riportato in Fig.28. La sezione a ciclo Brayton
(detto topper, cioè quello che sta sopra) non presenta differenze sostanziali da quello
convenzionale. I gas allo scarico, anziché essere convogliati al camino, vengono inviati ad un
componente detto generatore di vapore a recupero (GVR) dove cedono la loro energia
residua all’acqua del ciclo Rankine (detto bottomer, cioè quello che sta sotto). Questo schema
è il più diffuso ed è detto unfired, in contrapposizione al cosiddetto ciclo fired, in cui un postcombustore
è interposto tra lo scarico della turbogas e il generatore di vapore a recupero. Nel
post-combustore, ulteriore combustibile viene bruciato sfruttando il residuo tenore di
ossigeno dei gas di scarico, e questi subiscono un ulteriore aumento di temperatura prima di
entrare nella GVR.
vapore è quindi “gratuita”. Il rendimento di primo principio si ottiene quindi come
W
+ W
W ' '
mu mu, R
'
mu,
B
η = =
(7.58)
Wtc
Wtc,
B
+ Wt
, post
dove i pedici B e R indicano rispettivamente i cicli Brayton e Rankine e, ovviamente, la
potenza termica ceduta nel postcombustore, W t,post , è nulla per il ciclo unfired.
P.Di Marco – Appunti ed Esercizi di Fisica Tecnica e Macchine Termiche 7-42