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rapporti - Deliverable

2.5.1.3-Analisi modellistica e sperimentale dei componenti critici del circuito EFCC

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2.5.1.3-Analisi modellistica e sperimentale dei componenti critici del circuito EFCC

Lo sviluppo di tecnologie innovative per un utilizzo efficiente e pulito del carbone, con particolare riferimento al problema del contenimento delle emissioni, costituisce un elemento imprescindibile per ricorrere in modo sostenibile a questo combustibile fossile. Le principali soluzioni impiantistiche prese in considerazione nell’ambito della Ricerca di Sistema, concernono i cicli avanzati a vapore (“incrementali” rispetto a quelli convenzionali), tra cui i cicli EFCC – Externally Fired Combined Cycle. In questa tecnologia, tuttavia, i prodotti di combustione non sono generalmente idonei per alimentare direttamente un turbogas e sono quindi utilizzati per riscaldare aria pressurizzata da inviare in turbine e quindi alla caldaia a recupero in un ciclo a vapore tradizionale. Affinché la tecnologia EFCC possa raggiungere rendimenti prossimi o superiori al 50% è necessario disporre di uno scambiatore di calore affidabile ed efficiente per realizzare lo scambio termico tra aria e fumi ad alta temperatura. Nella presente relazione viene riportata l’analisi modellistica e sperimentale dei componenti innovativi di un circuito di prova che simula il comportamento di un ciclo combinato a combustione esterna EFCC (la descrizione della realizzazione del circuito di prova e i risultati delle prove in bianco sono contenuti nei rapporti A3/044674 e A5019394 relativi alla milestone 2.5.1.2). Dopo aver identificato i componenti più rilevanti dal punto di vista funzionale e tecnologico, ovvero lo scambiatore ceramico, il preriscaldatore metallico ad alta temperatura, la tubazione incamiciata, il refrigeratore dell’aria ed il combustore, per ciascuno di essi è stato studiato il comportamento in condizioni nominali e di off-design. A tale fine, l’analisi di ogni componente è preceduta da una breve descrizione teorica del modello impiegato, a cui segue il calcolo vero e proprio, che permette di determinare gli andamenti delle temperature dei fluidi, le potenze scambiate e le perdite di carico. Dapprima ciascun componente è stato analizzato separatamente, prendendo a riferimento le condizioni di funzionamento nominale. A seguire, è stata effettuata l’analisi del comportamento dell’intero circuito integrato, in un vasto campo di funzionamento a partire dalla condizione di progetto. Sono state infatti analizzate condizioni di esercizio a diverse pressioni del circuito dell’aria (7 e 5 bar) fino ad una condizione di off-design caratterizzata da una pressione molto ridotta rispetto a quella nominale, prossima a quella atmosferica. Dall’analisi dei dati sperimentali risulta che le prestazioni del preriscaldatore metallico confermano quelle previste dal modello teorico, mentre quelle dello scambiatore ceramico risultano significativamente inferiori rispetto a quanto previsto.

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