C.T.E. Si C.E.T. cu motoare cu piston

Tipuri de M.P. energetice. Caracteristici functionale. Criterii de baza de clasificare.

Dupa numarul de rotatii pe ciclu - "a", deosebim M.P.:

In 2 timpi Þ efectueaza la fiecare rotatie a arborelui motor un ciclu (a = 1rot/ciclu). La M.P. in 2 timpi aspiratia aerului si evacuarea gazelor de ardere se suprapun pe intervale de timp. Legatura dintre spatiul de lucru din cilindru si galeriile de admisie a aerului, respectiv de evacuare a gazelor de ardere se realizeaza prin ferestre (fante) de baleiaj, a caror deschidere si inchidere se face in functie de pozitia pistonului.

In 4 timpi Þ efectueaza un ciclu la doua rotatii (a = 2rot/ciclu). La M.P. in 4 timpi aspiratia aerului si evacuarea g.a. se realizeaza in intervale de timp distincte. Legatura dintre spatiul de lucru din cilindru si galeriile de admisie a aerului, respectiv de evacuare a gazelor de ardere se realizeaza prin supape comandate.

Dupa modul de aprindere a combustibilului, deosebim M.P.:

Motoare cu aprindere prin scanteie (MAS sau motoare Otto). MAS aspira un amestec format din aer si combustibil (vapori sau micropicaturi de combustibil lichid sau un gaz combustibil). In aplicatiile energetice se utilizeaza MAS pe gaz natural. La sfarsitul compresiei aprinderea este realizata cu scanteie electrica, iar arderea este aproape instantanee - cvasiizocora. MAS are pericol de autoaprindere si impune limitarea raportului de compresie in functie de proprietatile combustibilului.

Motoare cu aprindere prin compresie (MAC sau motoare Diesel). M.D. aspira aer fara combustibil. La sfarsitul compresiei se injecteaza combustibil lichid sub presiune iar aprinderea este realizata ca urmare a temperaturii mari a aerului comprimat. Aceasta impune rapoarte mari de compresie, elimina pericolul de autoaprindere si permite folosirea unor combustibili greu inflamabili. In aplicatiile energetice se utilizeaza MD pe motorina, CLU sau pacurina. Arderea "cvasiizobara" continua pe durata injectiei si in cursul destinderii.

Motoare Diesel-Gaz (sau dual fuel). Acestea aspira un amestec de aer si gaz combustibil. La sfarsitul compresiei se injecteaza combustibil lichid sub presiune care se autoaprinde. Arderea are loc intai cvasiizocor (cat timp arde gazul) si continua cvasiizobar pe durata injectiei si in cursul destinderii. Raportul de compresie trebuie ales astfel incat gazul sa nu detoneze in cilindru, dar combustibilul lichid sa se autoaprinda la sfarsitul compresiei. In aplicatiile energetice se utilizeaza MDG pe gaz natural + motorina, CLU sau pacurina.

DEBITUL VOLUMIC SI MASIC DE GAZ ASPIRAT DE M.P.

Teoretic, la fiecare ciclu al M.P. se aspira intr-un cilindru un volum de aer sau amestec egal cu diferenta volumelor extreme (V_max la Punctul Mort Exterior si V_min la Punctul mort Interior):

V_{aspirat teoretic} = V_max - V_min = (p*D²_cilindru/4)*l_cursa    [m³/(cil*ciclu)]

Frecventa ciclurilor este proportionala cu turatia motorului "n" [rot/min] si invers proportionala cu numarul de rotatii pe ciclu "a":

n_cicluri = n/(60*a) [Hz-cicluri/sec]

Pe de alta parte:

Ø   motorul are mai multi cilindri, fie "z" numarul lor;

Ø   umplerea cilindrilor la fiecare ciclu nu este completa, aceasta se poate reflecta intr-un coeficient subunitar k_umplere dependent de caracteristicile motorului

Ca urmare debitul volumic real aspirat va fi:

Q_{vol asp} = n_cicluri*z* V_{aspirat teoretic}* k_umplere= n/(60*a)*z*(p*D²_cilindru/4)*l_cursa* k_umplere [m³/s]

unde produsul (z*(p*D²_cilindru/4)*l_cursa) este cilindreea motorului V_cilindree , [m³], deci:

Q_{vol asp} = n_cicluri* V_cilindree * k_umplere= n/(60*a)* V_cilindree * k_umplere    [m³/s]

Densitatea amestecului aspirat (gaz cvasiperfect), se poate determina din ecuatia Clapeyron - Mendeleev:

p*V = m_gaz*R*T/m_gaz Þ r_gaz = m_gaz/V = p*V = m_gaz *p_asp/(R*T_aspiratie), unde T_aspiratie se introduce in K, p_aspiratie in kPa (kiloPascali), R in kJ/(kmol*K) si m_gaz in kg/kmol, rezultand r_gaz in kg/m³.

Ca urmare debitul masic gaz aspirat poate fi scris sub forma:

D_{m gaz} = Q_{vol asp}*r_gaz n_cicluri* V_cilindree * k_umplere*m_gaz *p_asp/(R*T_aspiratie) [kg/sec]

In legatura cu dependenta directa dintre debit si turatia de lucru la M.P., mentionam ca:

M.P. "de tractiune" functioneaza la turatie variabila cu incarcarea si isi pot modifica puterea atat prin variatia cuplului cat si prin variatia turatiei. Spre deosebire de ele, M.P. energetice trebuie sa functioneze la turatie constanta, egala cu cea a generatorului electric, si isi pot modifica puterea efectiva la cupla numai prin variatia cuplului.

Turatia constanta conduce la un debit volumic aspirat aproximativ constant, ca urmare:

q  M.P. energetice se comporta mai prost la sarcini partiale decat motoarele de tractiune;

q  Performantele M.P. energetice sunt influentate de parametri de aspiratie (presiune si temperatura) care depind direct de conditiile atmosferice.

METODE "EXTENSIVE" DE CRESTERE A PUTERII UNITARE A M.P.

Pentru cresterea puterii unitare trebuie sa se mareasca debitul volumic si/sau masic de gaz aspirat. Metodele "extensive" se bazeaza pe cresterea cilindreei, prin:

cresterea dimensiunilor cilindrilor, respectiv a diametrului si lungimii cursei;

marirea numarului de cilindri ai motoarelor.

Dupa raportul intre lungimea cursei si diametrul cilindrilor M.P. pot fi:

v   "Hiperpatrate" (cu l_cursa/D_cilindru < 1);

v   "Patrate" (cu l_cursa/D_cilindru

v   Cu cursa mai lunga decat diametrul ((cu l_cursa/D_cilindru > 1).

Pentru acelasi volum pe un cilindru, cresterea raportului l_cursa/D_cilindru:

imbunatateste posibilitatile de racire a cilindrilor M.P. (marind suprafata de racire);

permite cresterea raportului geometric de compresie V_maxim/V_minim;

mareste viteza medie a pistonului si acceleratia sa instantanee, amplifica fortele inertiale si reduce posibilitatile de ridicare a turatiei.

Dupa numarul de cilindri si modul de amplasare M.P. pot fi clasificate in:

Motoare "in linie", de obicei cu numar par de cilindri zI

Motoare "boxer", cu cilindri opusi, obligatoriu cu numar par de cilindri.

Motoare "in H" (alcatuite din doua sau 4 "linii" cu arbori separati).

Motoare "in V", alcatuite din doua "linii" cu arbore cotit comun, au z_cilindri par, zI

Motoare "in W", (alcatuite din 4 "linii" cu 2 arbori).

Motoare "in stea", (fiecare stea are un numar impar de cilindri, numarul de randuri de stele este par si toate stelele sunt cuplate la acelasi arbore).

DIAGRAMA INDICATA. PRESIUNEA MEDIE INDICATA. PUTEREA INDICATA. PUTEREA EFECTIVA LA CUPLA. PRESIUNEA MEDIE EFECTIVA.

Diagrama "indicata" caracterizeaza procesul termodinamic din M.P. in coordonate p-V. Alegerea acestor coordonate este oportuna deoarece:

Din cei doi parametri independenti p si V:

q  Volumul este parametru extensiv si depinde de pozitia pistonului;

q  Presiunea este parametru intensiv si se poate masura ca valoare cvasiinstantanee

Suprafata de sub o curba deschisa care descrie un proces termodinamic in diagrama p-V este proportionala la scara cu lucrul mecanic schimbat de gaz cu exteriorul in cursul acestui proces, diferentiala lucrului mecanic fiind dl=p*dV, cu conventia uzuala de semne:

q  Cand V creste si diferentiala sa este pozitiva avem destindere si l_mecanic efectuat;

q  Cand V scade si diferentiala sa este negativa avem compresie si l_mecanic consumat;

Suprafata din interiorul unei curbe inchise care descrie un proces ciclic in diagrama p-V este proportionala cu l_mecanic net schimbat de gaz cu exteriorul in cursul acestui ciclu:

q  Cand curba este parcursa in sensul acelor de ceasornic l_{mecanic net} este pozitiv Þ ciclu motor;

q  Cand curba este parcursa in sensul trigonometric l_{mecanic net} este negativ Þ ciclu invers.

In diagrama indicata se pot evidentia "timpii" motorului. Spre exemplu pentru M.P. in 4 timpi

0 si 2 sunt trecerile Pistonului pe la Punctul Mort Interior PMI

1 si 3 sunt trecerile Pistonului pe la Punctul Mort Exterior PME

q  Admisie (cu Supapa de Admisie SA deschisa si Supapa de Evacuare SEv inchisa);

q  Compresie (cu ambele supape inchise);

q  Detenta (cu ambele supape inchise);

q  Evacuare (cu SEv deschisa si SA inchisa).

Lucrul mecanic "indicat" pe cilindru si ciclu rezultat din planimetrarea diagramei indicate, se poate scrie in mod conventional sub forma:

L_ind = p_{medie indicata}*(V_max - V_min)* =p_{medie indicata}*(p*D²_cilindru/4)*l_cursa)    [kJ/(cil si ciclu)]

Unde (V_max - V_min) se introduce in m³ si presiunea medie indicata [5] in kPa.

Tinand seama de frecventa ciclurilor si de numarul de cilindri, putem defini puterea indicata:

P_indicata = n_cicluri* p_{medie indicata}*V_cilindree = n/(60*a)* p_{medie indicata}*z*(p*D²_cilindru/4)*l_cursa    [kJ/s sau kW]

Mentionam ca puterea indicata se transmite in cilindru catre piesele mobile, dar din motor se transmite spre exteriorul conturului de bilant numai "puterea efectiva la cupla": P_{ef k} = v*M, unde v este viteza unghiulara de rotatie a arborelui, in rad/sec si M este momentul la cupla, in kN*m.

Evident, din cauza pierderilor mecanice, P_{ef k} = P_indicata - DP_mec Þ P_{ef k} < P_indicata

Prin similitudine cu relatia dintre presiunea medie indicata si puterea indicata putem gasi o relatie intre puterea efectiva la cupla si o "presiune medie efectiva":

P_{ef k} = n_cicluri* p_{medie efectiva}*V_cilindree = n/(60*a)* p_{medie efectiva}*z*(p*D²_cilindru/4)*l_cursa    [kJ/s sau kW]

Diagrama fluxurilor energetice pentru o C.T.E. cu M.P.. Randamente caracteristice.

Notatii specifice pentru C.T.E. - M.P.

Randamente pe transformari si pe grupe de transformarila C.T.E. - M.P.

METODE INTENSIVE DE CRESTERE A PUTERII UNITARE.

Principalii parametri intensivi care caracterizeaza M.P. sunt:

v   Turatiile de lucru Þ cresterea turatiei mareste frecventa ciclurilor si implicit puterea;

v   Presiunile de aspiratie, respectiv de evacuare Þ ridicarea presiunii la aspiratie mareste presiunea medie indicata si presiunea medie afectiva permitand cresterea puterii.

Dupa turatiile de lucru M.P. (in general) pot fi:

"Lente", n < 300 rot/min;

"Semirapide" n I 600) rot/min;

"Rapide" n > 600 rot/min.

In legatura cu alegerea turatiilor de lucru la M.P. energetice, mentionam ca:

Ø   Cresterea turatiei mareste viteza medie a pistonului si acceleratia sa instantanee, amplifica fortele inertiale si reduce posibilitatile de crestere a diametrului pistonului si a lungimii cursei.

Ø   Folosirea turatiilor "lente" sau "semirapide" permite ca MD sa arda combustibil lichid mai "greu" si mai ieftin, in timp ce motoarele "rapide" pot folosi numai combustibil cu timp scurt de ardere.

Ø   Alegerea tipului de M.P. energetice dintre cele lente, semirapide si rapide se face corelat cu alti parametri extensivi si intensivi. Astfel:

q  Motoarele energetice "lente" si "semirapide" sunt derivate din motoarele navale. Ca sistem de aprindere ele sunt MD (pot arde inclusiv pacurina), iar ca tip de ciclu in 2 timpi (fapt ce creste frecventa ciclurilor fara a mari turatia). Gradul de supraalimentare este redus sau cel mult mediu. Cresterea puterii se face prin marirea diametrului cilindrului, a lungimii cursei si a z_cilindri.

q  Motoarele energetice "rapide" sunt derivate din motoarele industriale. Ca sistem de aprindere ele pot fi atat MD (cand ard CLU sau motorina), cat si MAS (cand ard gaz natural). Ca tip de ciclu pot fi in 2 timpi (cu supraalimentare slaba sau medie), cat si in 4 timpi (variantele in 4 timpi permit supraalimentarea puternica). Marirea puterii (in conditiile diametrului cilindrului si lungimii cursei mai mici), se face prin cresterea numarului de cilindri.

q  M.P. energetice nu depasesc in general 1500 (1800) rot/min.

Dupa presiunile pe galeriile de aspiratie si de evacuare, deosebim M.P.:

Ø    "atmosferice" sau "aspirate", la care p_evacuare ³ p_atmosferica ³ p_aspiratie;

Ø    "usor supraalimentate", la care p_aspiratie ³ p_evacuare ³ p_atmosferica; ;

Ø    "mediu si puternic supraalimentate", la care p_aspiratie p_evacuare>p_atmosferica..

Supraalimentarea M.P. pentru ridicarea performantelor. Solutii tehnice de supraalimentare

Prin supraalimentare se maresc simultan atat productia de lucru mecanic cat si consumul de combustibil. Ca urmare se poate considera ca randamentul indicat al unui motor supraalimentat este comparabil cu cel al motorului atmosferic din care provine. Chiar si in acest caz supraalimentarea ridica performantele motorului atat tehnic (prin cresterea randamentului mecanic, deoarece aceleasi pierderi in valoare absoluta se vor raporta la o putere interna mai mare) cat si economic (prin reducerea investitiei specifice).

Tipuri de scheme de supraalimentare:

Se observa cele de mai jos:

Ø   Tipul supraalimentarii trebuie corelat cu tipul motorului.

Ø   Faptul ca M.P. energetice au un numar mare de cilindri permite cuplarea intre masini rotative, cu curgere continua (suflanta, turbina cu gaze) si cea cu curgere discontinua in fiecare cilindru, dar curgere relativ continua pe ansamblul cilindrilor.

Ø   Racitorul intermediar si racitorul final intra in categoria racirilor termodinamice. Coborarea nivelului termic imbunatateste performantele energetice ale M.P.. Ca nivel termic racitorii de aer sunt in categoria racirilor de joasa temperatura (mai dificil de recuperat pentru cogenerare), in aceeasi categorie intra de obicei si racirea uleiului.

Ø   Supraalimentarea mareste solicitarile mecanice asupra pieselor M.P. si inrautateste conditiile de racire a blocului motor. Aceasta poate limita gradul de supraalimentare.

RECUPERAREA EXTERNA DE CALDURA. ADAPTAREA LA COGENERARE A M.P.. CENTRALE ELECTRICE DE COGENERARE CU ARDERE INTERNA, CU M.P..

De la C.T.E.-MP. nu se pot recupera:

Pierderile prin radiatie, convectie si nearse

Pierderile generatorului

Pentru transformarea C.T.E.-M.P. in C.E.T.-M.P. se pot recupera (cel putin partial):

O parte din pierderile in apa de racire[8].

O cota din caldura sensibila a gazelor de ardere[9].

La recuperarea partiala a caldurii gazelor de ardere si recuperarea integrala din apa de racire, avem:

Motoare "adiabate" si "fierbinti". Ciclul combinat M.P. - I.TA .

Dezvoltarea motoarelor "adiabate" (fara racire - motoarele ceramice) si a celor "fierbinti" (cu nivel termic ridicat in circuitul de racire) a urmarit cresterea h_indicat si h_{ef K}, prin reducerea pierderilor in circuitul de racire. In practica au aparut dificultati tehnologice si nu s-a reusit un castig semnificativ la h_indicat si h_{ef K}, deoarece pierderile din apa de racire s-au redirectionat catre cele in caldura sensibila a gazelor de ardere. Principalul avantaj tehnic s-a dovedit a fi cresterea nivelului termic al caldurii recuperate extern in aplicatii A) de cogenerare sau B) de crestere a productiei de lucru mecanic.

In al doilea caz din recuperarea de caldura de la g.a. se produce abur de joasa presiune si acesta se destinde intr-o T.A.. Avem de a face cu un "ciclu combinat" in care M.P. este ciclul inaintas, iar I.T.A. este ciclul recuperator. Aceasta combinatie permite cresterea randamentului global brut de producere a electricitatii pana la 46 48%. Solutia se foloseste la M.P. Diesel navale de mare putere, sau in C.E. stationare. In acest ultim caz se colecteaza aburul produs de la mai multe M.P. la o singura T.A.

PORNIREA M.P. ENERGETICE. C.T.E. DE SIGURANTA FOLOSIND M.P. CU PORNIRE RAPIDA (vezi notitele de curs)

CTE SI CET CU TURBINE CU GAZE

Ciclul Brayton teoretic este cuprins intre doua adiabate si doua izobare (vezi figura)

Marimi caracteristice dimensionale si adimensionale. Notatii si relatii

In legatura cu raportul temperaturilor extreme, se observa ca:

T₁ este dat de mediul ambiant iar T₃ este limitat de material si de tehnologia de racire a pieselor de inalta temperatura. Aceasta limiteaza raportul temperaturilor extreme q

In conditiile unui raport q impus se poate incerca optimizarea in functie de raportul de compresie e

Analiza grafica a modului de variatie a parametrilor in ciclul Brayton teoretic, in functie de e

Ciclul Brayton real are procesele de destindere si compresie cvasiadiabate, dar neizentrope, iar procesele de primire si cedare a caldurii nu sunt izobare, din cauza pierderilor de presiune la curgere. In plus aerul si gazele de ardere nu sunt gaze perfecte si nu au acelasi debite.

Redefinirea marimilor caracteristice. Notatii si relatii:

e_K Þ raportul de compresie e_K = p2/p1

e_T Þ raportul de destindere e_T = p3/p4

cum p3 < p2 si p4 > p1 Þ eK > eT

L_{Turb real} = L_{Turb teor} * h_{intern turbina} L_{Komp real} = L_{Komp teor} / h_{intern Kompr} L_{net real} = L_{Turb real} - L_{Komp real}

Q_{1 r} = c_p*(T₃-T_{4 r}) h_{termic r} = L_{net real}/ Q_{1 r}

Comentarii:

Ireversibilitatea proceselor de compresie si destindere este caracterizata prin randamentele interne ale celor doua masini. Randamentul intern subunitar al compresorului mareste lucrul mecanic de compresie si T la iesirea din compresor. Randamentul intern subunitar al turbinei reduce lucrul mecanic de destindere si mareste T la iesirea din turbina. Pe ansamblu L_{net real} se reduce fata de L_teoretic.

Gradul de ireversibilitate al proceselor neizobare din CA si de la evacuare este caracterizat prin pierderile relative de presiune in FA CA si AZ.

L_mecanic de destindere in turbina este micsorat si de faptul ca raportul de destindere este mai mic decat cel de compresie.

Modurile de variatie ale L_{mecanic intern real} pe compresor si turbina sunt asemanatoare cu cele de la ciclul teoretic. La cresterea e cele doua marimi devin egale si L_{mecanic net} se anuleaza.

Valoarea e_compresie pentru care se anuleaza L_{mecanic net} este mai mica decat la ciclul teoretic. Pentru aceasta valoare caldura intrata este diferita de zero si randamentul termic real se anuleaza.

Lucrul mecanic net variaza tot dupa o curba cu maxim. Valoarea e pentru care se maximizeaza L _{mecanic net} este mai mica decat la ciclul teoretic.

Randamentul termic real este o functie multicriteriala si depinde atat de rapoartele q si e, cat si de pierderile relative de presiune (exprimate prin raportul e_T e_K), de randamentele interne, de raportul intre debitul de gaze si cel de aer si de coeficientii adiabati ai celor doua fluide.

Alura curbei de variatie a h_{termic real} este cu maxim. Valoarea raportului de compresie pentru care se maximizeaza randamentul este mai mare decat cea pentru care se maximizeeaza L_{mecanic net}.

La cresterea raportului de temperaturi q, cu mentinerea constanta a celorlalte marimi adimensionale:

lucrul mecanic net creste;

randamentul termic real creste;

e_compresie pentru care se maximizeaza L_net respectiv h_{termic real} se maresc.

Tipuri de I.T.G. folosite in energetica:

Ø    I.T.G. stationare, heavy-duty, realizate folosind tehnologii derivate din constructia TA;

Ø    I.T.G. energetice aeroderivative, clasificate la randul lor in:

aeroderivative provenite din masini turbopropulsoare (toata puterea la elice);

aeroderivative provenite din turboreactoare (toata puterea in jet supersonic de gaze de ardere);

aeroderivative provenite din masini mixte, turbopropulsoare si turboreactoare (o parte din putere in elice si o parte din putere in jet subsonic de gaze de ardere);

aeroderivative provenite din motoare turbofan (toata puterea in jet sonic de aer si gaze de ardere).

Ø    micro I.T.G., realizate folosind tehnologii derivate din constructia turbosuflantelor de la MP.

Domeniile uzuale de puteri unitare si rapoarte de compresie:

Domeniile uzuale de utilizare:

Componentele I.T.G.:

compresorul - masina axiala (la puteri medii si mari) sau radial centrifuga (la micro I.T.G.);

camera de ardere - poate fi realizata in tehnologii:

cu volum mare si camera de ardere unica sau doua CA pe I.T.G. heavy-duty "clasice";

cu volum mic si numar mare de camere de ardere dispuse circular la I.T.G. aeroderivative;

cu volum mediu si camera de ardere inelara, la I.T.G. heavy-duty moderne.

turbina propriuzisa - masina axiala cu reactiune redusa sau reactiune mare (la puteri medii si mari), sau radial centripeta (la micro I.T.G.).Elementele specifice la T.G. medii si mari de inalta temperatura sunt cele legate de racirea paletajului.

Metode de ridicare a performantelor I.T.G.:

Folosirea turatiei ridicate este o metoda de micsorare a gabaritului si costurilor K si T.G. prin reducerea diametrelor, cresterea vitezelor periferice, cresterea raportului de compresie pe o treapta de compresor si de destindere pe o treapta de turbina, respectiv reducerea numarului de trepte la cele doua masini. Randamentul termic al ciclului real al I.T.G. cu n_ridicata se poate imbunatati (in raport cu cel al I.T.G. care ar antrena direct generatorul electric), ca urmare a cresterii l_palete, reducerii degradarilor la curgere si imbunatatirii h_{intern K} si h_{intern T} .Limita turatiei este data de efortul datorat fortei centrifuge.

Solutia se aplica uzual la:

I.T.G. mici, aeroderivative turbopropulsoare, la care n I 18000 rot/min);

unele I.T.G. heavy duty cu P_bg<100MW, la care n I 10000 rot/min).

Obs. Turatia ridicata a T.G. si K obliga la folosirea unui reductor de turatie intre I.T.G. si generatorul electric. Acesta mareste usor costul instalatiei si reduce randamentul global (ca urmare a pierderilor mecanice). in aceste conditii folosirea turatiei ridicate si constante este eficienta tehnic si economic, daca:

Ø    reducerea costului I.T.G. este mai mare decat costul reductorului;

Ø    sporul de randament termic real al I.T.G. acopera pierderile mecanice din reductor.

La puteri medii se practica si solutii cu doua linii de arbori, din care una "libera", de turatie ridicata si variabila (I.T.G. aeroderivative turboreactoare).

Schema cu mai multe linii de arbori permite:

ca fiecare masina mecanoenergetica de compresie sau destindere sa fie realizata la turatia optima.

turatie mare pentru K si primele trepte din T.G., cu eliminarea reductorului de turatie ^[10];

imbunatatirea comportarii I.T.G. la sarcini nenominale, prin "autoreglarea" liniei libere";

folosirea turbinei de aviatie ca "generator de gaze" pentru turbina energetica^[11];

cresterea puterii unitare, datorita turatiei mai scazute la turbina energetica si sectiunilor mai mari;

imbunatatirea fiabilitatii T.G. energetice care lucreaza la presiuni si temperaturi mai coborate.

Fragmentarea compresiei cu racire intermediara este considerata d.p.d.v. termodinamic o metoda de crestere a randamentului termic teoretic prin coborarea temperaturii medii inferioare . Un numar foarte mare de compresii adiabate intre care se realizeaza raciri intermediare izobare pana la T₁ tind catre un proces izoterm. Efectele tehnice ale metodei asupra schimburilor energetice pe 1 kg de fluid de lucru sunt:

¯   scaderea lucrului mecanic de compresie si cresterea lucrului mecanic net

¯   cresterea q_{1 intrata in ciclu} (datorita coborarii temperaturii la iesirea din treapta finala de compresie)

Daca pentru ciclul de baza avem l_{net b} si q_{1 b} astfel incat h_{t b}=l_{net b}/q_{1 b}; pentru ciclul perfectionat l^*_net devine l^*_net=l_{net b}+Dl, iar q^*₁=q₁+Dq. Rezulta h _t=l^*_{net b}/q^*₁, sau:

h _t=(l_{net b}+Dl)/(q₁+Dq)=l_{net b}*(1+Dl/l_{net b})/q_{1 b}/(1+Dq/q_{1 b})=h_{t b} Dl/l_{net b})/(1+Dq/q_{1 b})

Se observa ca variatia randamentului in raport cu cel de baza depinde de raportul (1+Dl/l_{net b})/(1+Dq/q_{1 b}), sau, mai simplu de raportul (Dl/l_{net b})/(Dq/q_{1 b}). Daca Dl/l_{net b} Dq/q_{1 b}, atunci h _t h_{t b} si fragmentarea compresiei cu racire intermediara nu aduce castig de randament ci numai spor de lucru mecanic net pe 1 kg. de fluid. Amintim ca in ciclul real:

procesele de compresie nu sunt izentrope;

racirea intermediara are loc cu pierderi de presiune;

t_{racire intermediara} este mai mare decat temperatura de aspiratie a aerului in prima treapta de compresie.

Folosirea compresie fractionate cu racire intermediara mareste raportul optim de compresie la care se maximizeaza lucrul mecanic net si raportul la care se maximizeaza randamentul net. Cresterea raportului de compresie, cu mentinerea destinderii fara fractionare cu ardere intermediara reduce temperatura gazelor de ardere la evacuarea din T.G. propriuzisa si limiteaza posibilitatile de recuperare externa. Solutia se aplica la I.T.G. de medie si medie spre mare putere pentru productie exclusiva de lucru mecanic sau de electricitate.

Fragmentarea destinderii cu ardere intermediara este considerata d.p.d.v. termodinamic o metoda de crestere a randamentului termic teoretic prin ridicarea temperaturii medii superioare, asemanatoare cu supraincalzirea intermediara a aburului la ciclul Rankine-Hirn. Arderea intermediara este posibila tehnic datorita excesului mare de aer la CA a I.T.G..

Efectele tehnice ale metodei asupra schimburilor energetice pe 1 kg de fluid de lucru sunt:

¯   cresterea lucrului mecanic de destindere si a lucrului mecanic net

¯   cresterea q_{1 intrata in ciclu} (datorita coborarii temperaturii la iesirea din treapta finala de compresie).

Considerand si in acest caz ca pentru ciclul de baza avem l_{net b} si q_{1 b} astfel incat h_{t b}=l_{net b}/q_{1 b}; pentru ciclul perfectionat l^*_net devine l^*_net=l_{net b}+Dl, iar q^*₁=q₁+Dq. Rezulta h _t=l^*_{net b}/q^*₁, sau:

h _t=(l_{net b}+Dl)/(q₁+Dq)=l_{net b}*(1+Dl/l_{net b})/q_{1 b}/(1+Dq/q_{1 b})=h_{t b} Dl/l_{net b})/(1+Dq/q_{1 b})

Variatia randamentului in raport cu cel de baza depinde tot de raportul Dl/l_{net b})/(1+Dq/q_{1 b}), sau de Dl/l_{net b})/(Dq/q_{1 b}) . Daca Dl/l_{net b} Dq/q_{1 b}, atunci h _t h_{t b} si fragmentarea compresiei cu racire intermediara nu aduce castig de randament ci numai spor de lucru mecanic net pe 1 kg . Deoarece in ciclul real:

procesele de destindere nu sunt izentrope;

arderea intermediara are loc cu pierderi de presiune;

Rezulta ca:

daca se mentine raportul total de compresie castigul real de l_net este mai mic decat cel teoretic, iar randamentul termic real al ciclului poate sa nu creasca in raport cu cel de baza;

daca se mareste raportul total de compresie este posibil sa se realizeze o crestere nu numai a lucrului mecanic net ci si a randamentului termic real, aceasta din urma fiind insa mai mica in valori relative.

I.T.G. heavy-duty de mare putere cu destindere fractionata si ardere intermediara

Diagrama T-s pentru procesul din I.T.G. de tip heavy-duty cu destindere fractionata si ardere intermediara

Daca intr-un ciclu cu destindere fractionata si ardere intermediara se reduce raportul de destindere pe zona finala a destinderii in T.G. temperatura la iesirea din T.G. creste, fapt ce imbunatateste posibilitatile de recuperare externa a caldurii sensibile a gazelor de ardere. Schema prezentata se foloseste la I.T.G. de peste 200 MW, inclusiv la cele folosite ca instalatii inaintase in ciclurile combinate gaze-abur.

Recuperarea interna de caldura este o metoda de crestere a randamentului termic bazata pe folosirea unei cote din caldura gazelor de ardere pentru preincalzirea aerului intre iesirea din K si intrarea in CA..Efectul energetic pentru ciclul T.G. este acela ca se reduce cantitatea de caldura primita la C.A., pentru acelasi lucru mecanic net teoretic. Principala limitare este datorata faptului ca pentru a putea aplica aceasta metoda trebuie ca T_{gaze ardere} la iesirea din turbina trebuie sa fie mai mare decat cea a aerului comprimat. Aceasta limiteaza posibilitatile de crestere a raportului de compresie si reduce cota de caldura recirculata.

Din punct de vedere al modului de variatie a performantelor energetice ale ciclului Brayton cu recuperare interna, in functie de raportul de compresie, analizele termogazodinamice evidentiaza posibilitatea realizarii unor randamente acceptabile la rapoarte de compresie mai mici decat cele pentru care se maximizeaza lucrul mecanic net pe 1 kg. de fluid.

Alte restrictii asupra recuperarii interne:

å   coeficienti limitati de transfer de caldura, atat pe partea de gaze de ardere cat si pe parte de aer;

å   pierderi de presiune de curgere atat pe partea de gaze de ardere cat si pe parte de aer; aceasta micsoreaza lucrul mecanic de destindere si majoreaza consumul pentru compresie, micsorand productia de lucru mecanic pe 1 kg de fluid;

å   datorita scaderii temperaturii gazelor de ardere evacuate se reduc posibilitatile de recuperare externa;

Recuperarea interna de caldura se foloseste la micro T.G. (puteri unitare de sute de kW si T.G. de mica putere, pentru producere exclusiva de electricitate sau cogenerare cu producere de apa calda.

Recuperarea externa a caldurii de la I.T.G., pentru cogenerare

Notatii suplimentare pentru C.E.T.-T.G.

Coeficientul de recuperare, randamentul global si indicele de structura a energiei utile la C.E.T.-T.G.

Recuperarea externa de caldura pentru termoficare urbana permite coborarea temperaturii gazelor de ardere la cos, cresterea factorului b_recuperare si a randamentului global. Principala limtare este data de variatiile sezoniere mari ale necesarului de caldura.

Recuperarea externa de caldura pentru termoficare industriala are avantajul unui consum permanent de caldura. Ea conduce insa la cresterea temperaturii gazelor de ardere la cos, scaderea factorului b_recuperare si a randamentului global. Principala limitare este data de alura diagramei t-q a cazanului recuperator.

"POSTCOMBUSTIA" este posibila datorita excesului mare de aer la CA a I.T.G.. Din p.d.v. al oxigenului disponibil in g.a., P_termica ce se poate dezvolta prin postardere poate sa fie chiar dubla in raport cu cea de la CA a I.T.G.. Combustibilul de la postcombustie poate fi de calitate mai coborata. Postcombustia:

ridica temperatura la cazanul recuperator si intensifica transferul de caldura;

mareste cantitatea de caldura livrabila si asigura o elasticitate mai mare in functionare, prin reglarea debitului de combustibil la postardere in functie de consumul de caldura;

imbunatateste randamentul global, atat in raport cu cel de la I.T.G. cu recuperare si fara postcombustie, cat si cu cel de la livrare de varf cu ardere separata a combustibilului inferior;

reduce ystructura a energiei utile, marind Qlivrata pentru aceeasi productie de electricitate.

Dupa caracterul intermitent sau permanent al postcombustiei, numarul de trepte, domeniul de reglare si tipul de transfer de caldura, cazanele cu recuperare si postardere pot fi:

Ø    Cazane convective: a) cu postcombustie redusa, intr-o treapta (amonte de cazan) si domeniu de reglare de la zero si b) cu postcombustie medie, in doua trepte

Ø    CAF radiative si convective, cu postcombustie reglabila de la zero pana la postardere completa.

Ø    Cazane de abur cu focar radiativ cu postcombustie avansata si permanenta (pentru a realiza in focar temperatura ridicata necesara transferului radiativ la vaporizator).

Prima treapta de postcombustie

Supraincalzitor

Vaporizator

Economizorul

A doua treapta de postcombustie

Preincalz. de apa de termoficare

Tambur

By pass gaze de ardere

Canal de aer pt. ard. suplimentara.

In exemplul alaturat se observa ca:

postcombustia este in 2 trepte reglabi-le; marind elasticitatea in exploatare;

Cz. recuperator are o presiune de producere a aburului si o suprafata de preincalzire a apei de retea.

I.T.G. poate functiona separat, prin ocolirea cazanului de recuperare si postcombustie.

Cele doua trepte se amplaseaza una amonte de cazan si una intre cele doua nivele termice.

Alegerea, dimensionarea si comportarea I.T.G. la sarcini nenominale. Influenta conditiilor atmosferice

Variatia parametrilor externi Compresorul I.T.G. aspira aer din atmosfera, ca urmare performantele I.T.G. se vor modifica datorita variatiei densitatii acestui aer. Performantele de catalog se definesc pentru parametri "normati". I.S.O. ("I_nternational S_tandards O_rganisation"), recomanda: A) presiune absoluta: 760 mm Hg sau 1,01325 bar; B) temperatura : 15 C; C) umiditate relativa: 60 % ; D) pierderi nule de presiune la aspiratie si refulare. La alte valori se modifica debitul masic de aer la intrarea in compresor, in conditiile unui debit volumic aspirat aproximativ constant ^[18]. In plus se poate modifica si e_compresie

Comportarea I.T.G. la sarcini nenominale depinde de modul de reglare. Daca se mentine constant debitul de aer si se reduce debitul de combustibil, coborarea t_maxime in ciclu, afecteaza performantele I.T.G. reducand simultan h_termic si l_{mec specific}. Ca urmare, reglarea I.T.G. urmareste mentinerea acestei temperaturi, prin modificarea simultana a debitului de aer si de combustibil. Aceasta se poate realiza:

prin autoreglarea turatiei pe linia "libera de arbori"

prin modificarea caracteristicii compresorului axial (variind unghiul paletelor statorice).

In general I.T.G. au consumuri mari de caldura la mers in gol (pana la 25% din P_{termica nominala dezv. prin ardere}). Utilizarea metodelor de mai sus imbunatateste comportarea la sarcini partiale apropiate de cea nominala - P_bg/P_{bg nom}I 100%), dar la incarcari mai mici randamentul scade rapid.

C.T.E. CU ciclu COMBINAT gaze-abur

Ciclul combinat gaze-abur cu I.T.G. inaintasa si I.T.A. exclusiv recuperatoare (GUD - STAG VEGA[20]).

Cuplajul termodinamic intre I.T.G. si I.T.A. este posibil si interesant deoarece:

Ø   I.T.A. valorifica zona temperaturilor joase, are T_mi coborata, dar h_termic este restrictionat de T_ms limitata;

Ø   I.T.G. valorifica zona temp. inalte, are T_ms ridicata, dar h_termic este limitat deoarece T_mi este si ea ridicata;

Ø   T_mi la I.T.G. este comparabila cu T_ms la I.T.A.;

Ø   temperatura g.a. la iesirea din I.T.G. moderne este mai mare decat cea a aburului la intrarea in I.T.A..

Legatura dintre cicluri este asigurata de cazanul recuperator. I.T.G. si I.T.A. pot invarti acelasi generator sau pot avea generatoare separate (vezi figura de mai jos care prezinta o unitate CCGA pe 2 linii de arbori cu cazan recuperator cu o presiune.

Diagrama fluxurilor energetice foloseste urmatoarele notatii:

- dezv. prin arderea comb.; - P_electrica a I.T.G.;

- P_electrica a I.T.A.

Considerand:

putem scrie raportul puterilor:

si randamentul global al CCGA:

Observatii

Ø   Toata caldura se introduce in I.T.G., la CA, iar I.T.A. valorifica ceea ce I.T.G. nu a transformat in l_mecanic. Randamentul global este mai bun decat pentru fiecare din instalatii luate in parte. Practic CCGA STAG realizeaza cele mai bune randamente de conversie termodinamica.

Ø   Exploatarea CCGA STAG se face in regimul I.T.A. urmeaza I.T.G..

Ø   Pentru o I.T.G. cu h_termic si t_{gaze ardere} date, h_global poate fi depinde de produsul . Cei doi factori sunt antagonisti: majoritatea masurilor de crestere a h_termic conduc la scaderea b

Ø   Parametri I.T.A. sunt restrictionati de forma diagramei de t-q a cazanului recuperator. Astfel:

temperatura aburului viu t₀ este limitata de temperatura cu care intra gazele de ardere in cazan t_{ga max} ;

cresterea p₀ mareste t_saturatie, ridica temperatura g.a. la cos si reduce factorul de recuperare b. Aceasta a condus la cazane cu mai multe presiuni de producere a aburului.Ex.: cazan cu 2 presiuni

cresterea t_{apa alimentare} mareste temperatura g.a. la cos si reduce factorul b

Ø   Raportul puterilor este supraunitar. Cea mai mare parte din P_bg este in I.T.G.:

se reduce I_specifica pe ansamblul CCGA (I.T.G. are I_specifica mai mica decat I.T.A.);

se limiteaza puterile unitare (I.T.G. are P_unitara mai mica decat I.T.A.). Pentru cresterea puterii se pot realiza instalatii pe mai multe linii de arbori.

Ø   C.C.G.A. presupune o intrepatrundere dintre cele doua instalatii, in sensul ca ele nu pot functiona eficient decat impreuna. Totusi I.T.G. pot functiona separat cu evacuare in atmosfera.

Ø   La racirea cu abur a I.T.G. - I.T, caldura recuperata serveste la s.i.i..

Ø   In aplicatii de cogenerare cu I.T.A. de contrapresiune sau condensatie cu prize, cazanul recuperator poate avea in zona de joasa temperatura suprafete recuperatoare pentru incalzirea agentului termic.

Exemple de centrale comerciale

Tabelul 1: Performantele I.T.G. "9E" si "9F" in ciclu deschis

Tabelul 2: Performantele ciclurilor combinate VEGA 109F si VEGA 209E

Tabelul 3: Performantele ciclului combinat KA24-1 ICS

Tabelul 4. Performantele CCGA - STAG cu I.T.G. aeroderivative

CCGA de cogenerare, exemplu de C.E.T. cu I.T.G. inaintasa si I.T.A. cu cazan de recuperare in trepte

Schema alaturata are:

gen. electric comun la I.T.A. si I.T.G.;

cazan de recuperare cu 2 presiuni de producere a aburului;

T.A. de cogenerare cu contra-presiune si extractie semireglata;

o suprafata pentru preincalzirea apei fierbinti de termoficare integrata in cazanul recuperator;

un TR "uscat" pentru racirea apei de retea si un Acumulator de Caldura pentru varful de sarcina termica.

Cicluri combinate gaze-abur cu I.T.G. inaintasa si I.T.A. cu recuperare si postcombustie avansata.

Postcombustia avansata permite:

folosirea unui combustibil inferior;

postcombustia unui debit mare de combustibil, la limita permisa de continutul de O₂ din g.a.;

cresterea temperaturii in cazan si a parame-trilor aburului in ciclul I.T.A.; renuntarea la producerea aburului la mai multe presiuni;

cresterea randamentului cazanului combinat (de recuperare si postcombustie) mult peste cea a factorului de recuperare de la cazanele convective exclusiv recuperative, pana la valori comparabile cu h al cazanelor clasice pe acelasi combustibil;

functionarea separata a I.T.A. cu randamente bune, cu conditia existentei unor V.A. si a unor preincalzitoare regenerative de aer, pentru situatia stationarii I.T.G..

Pe de alta parte cazanul cu postcombustie nu poate fi prevazut cu preincalzitor de aer. Pentru functionarea eficienta in regim de ciclu combinat trebuie sa existe "economizoare suplimentare" montate in paralel cu linia de preincalzire regenerativa a apei de alimentare. Aceasta reduce din castigul de randament prin preincalzire si limiteaza h al I.T.A..

Deosebiri fata de ciclul fara postcombustie

Ø   Datorita P_termice mai mari la postcombustie decat cea recuperata din caldura sensibila a gazelor de ardere si imbunatatirii randamentului termic al I.T.A., puterea dezvoltata de I.T.A. creste mult. Raportul puterilor devine puternic subunitar. Ca urmare:

investitia specifica pe ansamblul CCGA devine comparabila cu cea de la I.T.A.;

P_unitare in I.T.A. pot fi mari si foarte mari.

Ø   Numai o parte din caldura se introduce la CA a I.T.G. si beneficiaza de avantajul suprapunerii termodinamice in trepte a celor doua cicluri. Caldura dezvoltata prin postardere se valorifica numai in ciclul de joasa temperatura, cel al I.T.A., cu randament de conversie mai mic decat al ciclului combinat.

Ø   Randamentul global este mai bun decat pentru I.T.A. luata separat, dar mai scazut decat pentru CCGA cu cazan exclusiv recuperator.

Cicluri combinate gaze-abur cu I.T.G. avand cazan exclusiv recuperator si I.T.A. cu ardere separata

Arderea separata a combustibilului inferior permite:

v   arderea oricarui debit de combustibil la cazanul de abur, independent de continutul de O2 din g.a. si de debitul g.a.;

v   realizarea cazanului pe combustibil inferior, cu preincalzitor de aer;

v   functionarea separata a I.T.A. cu parametri ridicati ai aburului viu, s.i.i. preincalzire regenerativa avansata si randamente bune.

Deosebiri si asemanari in raport cu ciclul cu postcombustie avansata:

cazanul recuperator este cu o singura presiune de producere a aburului viu, mai coborata decat cea mai ridicata presiune de producere de la cazanele cu mai multe presiuni; in acest caz presiunea optima a aburului este comparabila cu cea de supraincalzire intermediara din ciclurile I.T.A. clasice;

in cazanul recuperator se prevad "economizoare suplimentare" montate in paralel cu linia de preincalzire regenerativa a apei de alimentare. Si in acest caz scade sporul de randament prin preincalzire regenerativa si se limiteaza h al I.T.A..

Datorita puterii termice mari la arderea separata si cresterii randamentului termic al I.T.A., raportul puterilor este puternic subunitar. Ca urmare:

investitia specifica pe ansamblul CCGA devine comparabila cu cea de la I.T.A.;

puterile unitare in I.T.A. pot fi mari si foarte mari.

Numai o parte din caldura se introduce la CA a I.T.G. si beneficiaza de avantajul suprapunerii termodinamice a celor doua cicluri. Caldura dezvoltata prin ardere separata se utilizeaza numai in ciclul de joasa temperatura, cel al I.T.A., cu randament de conversie mai mic decat al ciclului combinat.

Randamentul global este comparabil cu cel de la CCGA cu postcombustie avansata.

CCGA cu combustibil inferior

Cazanul VELOX, cu ardere sub presiune a combustibilului superior (gaz sau pacurina).

Temperatura mare din cazan permite cicluri cu abur cu parametri ridicati si s.i.i..

Valorificarea caldurii g. a. evacuate din T.G. se face in recuperatorul suplimentar "atmosferic"

Solutia VELOX este o combinatie de I.T.G. cu I.T.A., dar prin nu poate fi considerata o aplicatie de tip ciclu combinat decat daca linia de arbori a T.G. este cu producere de lucru mecanic

Gradul de suprapunere termodinamica a celor doua cicluri este coborat si se refera numai la caldura recuperata din g.a. iesite din T.G., ca urmare sporul de randament este mic.

Aceasta solutie este in stadiul "comercial", dar comenzile sunt foarte reduse.

Ciclul combinat "PFBC" cu arderea in pat fluidizat sub presiune Acesta este o "dezvoltare" a cazanului VELOX, pentru folosirea carbunelui. Caracteristici suplimentare:

Folosirea combustiei in pat fluidizat sub presiune ofera performante ecologice mai bune decat in sistemele clasice de ardere a carbunelui.

Volumul sistemului de ardere folosit drept CA a I.T.G. si cazan al I.T.A. este mai mare la carbune.

Progresele in tehnologia materialelor au permis cresterea temperaturii g.a. la intrarea in T.G.

Gazele de ardere de presiune si temperatura ridicata trebuie sa fie filtrate inainte de intrarea in T.G..

Alimentarea cu carbune a sistemului de ardere sub presiune si evacuarea din acest sistem a produselor solide de ardere creeaza dificultati tehnice.

Ciclul combinat "AFBC" cu arderea in pat fluidizat la presiune atmosferica, este o dezvoltare a schemei "I.T.G. in circuit inchis" transformata in "I.T.G. cu aer cald" in scopul folosirii carbunelui si a suprapunerii termodinamice a ciclurilor. Se bazeaza, ca mai sus, pe folosirea aceleiasi surse calde de catre ambele cicluri, cu observatia ca arderea este externa in raport cu ambii agenti.

Caracteristici specifice:

Folosirea aerului cald in T.G. reduce pericolele de coroziune si eroziune.

Efortul unitar in tevile de incalzire a aerului cald limiteaza temperatura g.a. la intrarea in T.G..

Volumul sistemului de ardere la presiune atmosferica este mai mare decat cel sub presiune.

Se simplifica alimentarea cu carbune a sistemului de ardere sub presiune si evacuarea din acest sistem a produselor solide de ardere.

Solutia este economica pentru carbune cu continut redus de cenusa si de umiditate.

Raportul puterilor P_{bg I.T.G.}/P_{bg I.T.A.} este subunitar (de ordinul 1/5

Gradul de suprapunere termodinamica este coborat si sporul de randament ramane limitat.

Solutia este in stadiul de "pilot industrial".

Cicluri combinate gaze-abur cu gazificarea combustibilului inferior

Gazificarea este un proces termochimic care are loc la temperatura ridicata, in atmosfera reducatoare si in prezenta vaporilor de apa. Exemple de ecuatii de gazificare:

C + 1/2(O₂) Þ CO C + H₂O Þ CO + H₂

Se observa ca gazul de gazogen va contine drept principale componente combustibile CO si H₂.

O prima categorie de astfel de cicluri este aceea cu gazificare externa (separata).

Exemplu: CCGA cu gaz de furnal sau cu gaz de cocs

Acesta este o varianta a ciclului STAG la care:

Ø   Gazificarea combustibilului are loc la presiune usor supraatmosferica

Ø   Se adauga pe linia I.T.G. un compresor de gaz combustibil cu putere calorifica redusa.

Ø   Se face un adaus de gaz natural care sa compenseze variatiile de debit si de putere calorifica a gazului de gazogen.

Ciclul combinat "IGCC" , cu integrarea gazificarii combustibilului inferior in instalatiile C.T.E.

Integrarea gazificarii combustibilului inferior in instalatiile C.T.E. permite:

Folosirea aburului de la o priza a I.T.A..

Recuperarea caldurii din gazificator in ciclul cu abur.

Producerea de combustibil "curat" pornind de la combustibil inferior.

Retinerea noxelor din gazul de gazogen, la debite masice mici, presiuni mari si debite volumice mici.

Un grad mare de suprapunere termodinamica si randament ridicat.

CCGA cu amestec gaze-abur

Utilizarea in T.G. a amestecului de gaze de ardere si vapori de apa (compresorul ramane sa lucreze numai cu aer) poate fi interesanta din punct de vedere ecologic, termodinamic, tehnic si economic, deoarece:

Se reduce productia de oxizi de azot a CA.

Caldura specifica a vaporilor de apa este mai mare decat a gazelor de ardere; amestecul va avea caldura specifica egala cu media aritmetica ponderata a caldurii specifice a componentelor.

Lucrul mecanic dezvoltat in turbina pe 1 kg de agent creste.

"Racirea" CA prin injectie de apa/abur permite scaderea excesului de aer in raport cu I.T.G. "clasice".

Debitul de amestec in turbina este mai mare decat debitul de aer din compresor.

Consumul de lucru mecanic al compresorului scade, crescand lucrul mecanic net.

Folosirea unui singur grup turbina - generator si cresterea puterii unitare micsoreaza I_specifica.

Scheme cu intrepatrundere, dar fara cascada termodinamica

Principalele limitari se datoreaza:

Gradului mai redus de suprapunere termodinamica a ciclurilor

Gradului mare de intrepatrundere a ciclurilor, respectiv imposibilitatii optimizarii separate a lor.

Consumului permanent de apa demineralizata.

Injectia de apa in C.A. a I.T.G. nu aduce suprapunere termodinamica. Ea poate fi utila pentru:

Reducerea productiei de NO_x , in special la arderea combustibilului lichid.

Cresterea temporara a puterii dezvoltate de I.T.G., cu sacrificiu de randament

Injectia in C.A. a I.T.G. de abur produs separat nu aduce nici ea spor de randament, dar poate fi interesanta economic deoarece la producerea separata a aburului se poate folosi combustibil inferior.

Ciclul combinat "STIG" [39] cu injectie in CA a I.T.G. de abur "autoprodus" intr-un cazan recuperator

Are un grad ridicat de suprapunere termodinamica.

Realizeaza un spor semnificativ de randament, totusi randamentul ramane inferior celui de la ciclul STAG.

Impune ca presiunea aburului din cazanul recuperator sa fie usor mai mare ca presiunea din C.A. de la I.T.G..

Permite cresterea puterii electrice dezvoltate.

Stadiul tehnic atins este cel comercial pentru unitati de ordinul zecilor de MW electrici, provenite din I.T.G. aeroderivative turboreactoare sau turbofan prevazute suplimentar cu cazane de recuperare. Si in acest caz se pot realiza cazane cu mai multe presiuni de producere a aburului.

Ciclul combinat CHENG, varianta a ciclului STIG cu cogenerare

La sarcina termica mare si incarcare electrica mica aburul din CR se foloseste la CT, iar Cz functioneaza la incarcare minima.

La incarcare electrica mare si sarcina termica mica aburul din CR se foloseste la CA pentru cresterea puterii electrice, iar Cz functioneaza la incarcare medie.

La cresterea simultana a P_electrice si P_termice consumul termic se acopera exclusiv din Cz, iar aburul din CR se foloseste la CA.

Ciclul HAT (Humide Air gas Turbine) este o varianta de ciclu combinat cu amestec de gaze de ardere si vapori de apa bazat pe umidificarea aerului intre iesirea din compresor si intrarea in C.A., intr-un aparat de schimb de caldura si masa prin evaporarea apei. Caldura necesara incalzirii apei cu care se umidifica aerul provine din recuperare de la gazele de ardere si eventual de la racirea intermediara, intre treptele de compresie.