Esistono due tipi di turbine a gas a ciclo aperto e a ciclo chiuso. Il ciclo termodinamico utilizzato in una turbina a gas è il Ciclo di Brayton
L'aria viene utilizzata come fluido di lavoro nel ciclo Brayton. Il compressore pressurizza l'aria e poi la fa accendere spruzzandovi sopra del carburante. Il gas ad alta temperatura generato viene ulteriormente espanso nella turbina a gas fino alla produzione netta di lavoro.
Il ciclo di Brayton è costituito da quattro processi significativi riportati nella tabella seguente,
| Processo 1-2 | Compressione isoentropica (In Compressor) |
| Processo 2-3 | Aggiunta di calore a pressione costante (in camera di combustione) |
| Processo 3-4 | Espansione isoentropica (in turbina) |
| Processo 4-1 | Reiezione del calore a pressione costante (scarico) |
Nel ciclo della turbina a gas, il ciclo ampiamente utilizzato è una turbina a gas a ciclo chiuso. Ci sono pochi metodi impiegati per aumentare le prestazioni del ciclo. La centrale elettrica a turbina a gas può fornire una potenza di uscita rapida rispetto alle centrali termiche a carbone.
Componenti del ciclo della turbina a gas
Ci sono quattro componenti principali del ciclo della turbina a gas. I componenti aggiuntivi vengono utilizzati per aumentare le prestazioni
- 1. Compressore
- 2. Camera di combustione o combustore
- 3. Turbina
- 4. Condensatore
- 5. Rigeneratore scambiatore di calore
- 6. Intercooler
- 7. Riscaldatore
La funzione di ogni componente è predefinita nel ciclo della turbina a gas. In una turbina a gas a ciclo aperto, l'aria atmosferica viene compressa da un compressore. La temperatura dell'aria viene aumentata abbastanza da accendere il combustibile nel combustore. Dopo la combustione, il gas ad alta temperatura viene fornito alla turbina. La pala della turbina viene ruotata a causa dell'espansione di questo gas. L'albero della turbina viene ruotato con potenza costante.
La turbina a gas a ciclo chiuso funziona secondo il principio del ciclo di Brayton (ciclo di Joule). In un ciclo di turbina a gas, il tipo di compressore utilizzato è rotativo per pressurizzare l'aria isentropicamente. Questa aria a pressione più elevata viene fornita al combustore. Nel combustore, la temperatura dell'aria viene aumentata a pressione costante. Sono disponibili due tipi di combustori per turbine a gas.
1) Tipo radiale o anulare 2) Tipo Can
L'aria riscaldata dal combustore viene lasciata espandere nella turbina per la generazione di energia. Il generatore elettrico viene utilizzato con una turbina per trasferire energia meccanica nell'energia elettrica.
Il processo di espansione avviene ad entropia costante (isoentropica). Dopo l'espansione, il gas viene raffreddato nel condensatore. Il condensatore è uno tipo di scambiatore di calore con acqua come refrigerante.
Il gas raffreddato raggiunge nuovamente il compressore. Questo processo verrà ripetuto continuamente per una generazione di energia costante.
Ciclo turbina a gas con rigeneratore
Il rigeneratore è uno dei metodi adeguati per aumentare l'efficienza del ciclo della turbina a gas.
Lo scambiatore di calore in controcorrente (rigeneratore) viene utilizzato per scambiare il calore dai gas di scarico della turbina all'aria pressurizzata in uscita dal compressore.
L'energia termica del ciclo della turbina a gas è aumentata a causa del riutilizzo del calore di scarico. Possiamo dire che la rigenerazione diminuisce il combustibile richiesto (riducendo l'apporto di calore). Il metodo di rigenerazione può aumentare il rendimento termico della turbina a gas pianta nell'intervallo dal 35 al 40%. Il rigeneratore provoca una lieve perdita di pressione nel sistema. La potenza erogata è leggermente diminuita a causa della perdita di pressione.
Sebbene il costo e la manutenzione del ciclo di rigenerazione siano necessari, il beneficio complessivo è più probabile. Rispetto al costo del carburante, il ciclo della turbina a gas di rigenerazione è molto vantaggioso.
Esempio pratico di turbina a gas a ciclo chiuso
La turbina a gas a ciclo chiuso ha il potenziale per fornire un'alimentazione rapida e continua utilizzando le seguenti fonti di riscaldamento.
- Combustibile fossile
- energia da biomasse
- Energia solare (energia solare concentrata)
- Fonte di energia nucleare
- Recupero del calore di scarto
- Energia geotermica
- Fonte di energia ibrida
- Combustibile rinnovabile
Il ciclo della turbina a gas può essere bastonato con qualsiasi fonte di riscaldamento sopra elencata. Gli altri componenti come compressore, turbina e condensatore nel ciclo della turbina a gas rimangono gli stessi. La fonte di riscaldamento può essere variata dagli esempi precedenti secondo il fabbisogno di potenza ed energia. Il combustibile ampiamente utilizzato per una turbina a gas è il gas naturale o GPL (gas di petrolio liquefatto). Questi gas naturali sono notoriamente utilizzati per le loro proprietà di combustione e purezza. Il 400 GE simile a una turbina funziona con nafta, petrolio greggio o combustibile pesante.
L'attuale tecnologia si concentra anche sulla riduzione delle emissioni di carbonio. La turbina a idrogeno è stata sviluppata per ridurre l'inquinamento. Come sappiamo, l'idrogeno ha un vasto potenziale per l'energia futura. Questa turbina è flessibile per essere utilizzata in centrali elettriche esistenti e nuove per ridurre le emissioni.
Intercooling e postriscaldamento in un ciclo di turbina a gas
L'intercooling e il riscaldamento sono una disposizione aggiuntiva al ciclo della turbina a gas.
L'aria viene raffreddata tra due stadi di compressione nell'interraffreddamento. Questo processo può ridurre il lavoro di compressione e l'uscita del ciclo della turbina a gas. Nel riscaldamento, il gas di combustione caldo dalla turbina viene nuovamente riscaldato per espandersi in un'altra turbina.
Il riscaldamento è superiore per aumentare il lavoro della turbina. Il riscaldamento e l'intercooling sono metodi per migliorare la potenza specifica e l'efficienza termica del ciclo della turbina a gas.
FAQ
Perché vengono utilizzati gli intercooler nei compressori?
L'intercooler è un componente prezioso tra gli stadi dei compressori.
In vari stadi del compressore, l'elevata temperatura del gas del primo stadio può ridurre le prestazioni del secondo stadio del compressore.
L'intercooler è installato tra i due stadi del compressore. L'aria calda del primo stadio viene raffreddata nell'intercooler e quindi fornita per la compressione del secondo stadio.
L'alta temperatura occupa più volume del compressore a causa della maggiore distanza intermolecolare. La funzione di questo dispositivo è di diminuire questo volume. La riduzione del volume è più vantaggiosa per l'aumento della pressione.
Durante l'intercooling, i vapori d'acqua si formano a causa del raffreddamento dell'aria. È necessario separare i vapori d'acqua dall'aria. È anche una funzione primaria dell'intercooler fornire aria secca al secondo stadio.
Sono Deepak Kumar Jani, sto perseguendo il dottorato in energia meccanica e rinnovabile. Ho cinque anni di insegnamento e due anni di esperienza di ricerca. La mia area tematica di interesse è l'ingegneria termica, l'ingegneria automobilistica, la misurazione meccanica, il disegno tecnico, la meccanica dei fluidi ecc. Ho depositato un brevetto su "Ibridazione di energia verde per la produzione di energia". Ho pubblicato 17 articoli di ricerca e due libri.
Sono felice di far parte di Lambdageeks e vorrei presentare ai lettori parte della mia esperienza in modo semplicistico.
A parte gli studi accademici e la ricerca, mi piace vagare nella natura, catturarla e creare consapevolezza sulla natura tra le persone.
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