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Impianti di cogenerazione con microturbine a gas con sistema CHP

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ppt Patrizio Massoli_Microturbine_cnr_eos2013 Presentation Transcript

  • 1. Impianti di cogenerazione conmicroturbine a gas con sistema CHPR. Calabria, F. Chiariello, F. Reale, P. Massoli – CNR NapoliArea Science Park, Trieste - Istituto Motori CNR, NapoliUniversità di Trieste - Università di Udine
  • 2. CHP: Combined Heat and Power
  • 3. Ciclo cogenerativo di una MGT
  • 4. Gas Naturale
  • 5. CriticitàVariazione potere calorifico combustibileVariazione condizioni di funzionamentoQualità di combustioneRendimento Emissioni
  • 6. Composizione Gas Combustibili
  • 7. Composizione Gas Combustibili
  • 8. Descrizione dell’ImpiantoPotenza elettrica 100kWRendimento globale 30 %Pressione in c. di comb. 4.5 bar(a)TIT 950 °CTOT 620-650 °CVelocità Nominale 70000 rpmNOx @ 15 % O2 < 15 ppmCO @ 15 % O2 < 15 ppmAllestimento standardLayout modificato permotivi di studio
  • 9. Sistema Controllo/Monitoraggio• trasferimento dati tra il PLC dellaMGT e la stazione di calcolomediante protocollo dicomunicazione serialeModbus®.• trasmissione dati è realizzataper mezzo di un convertitoreasincrono seriale (SENECAS107USB)• software dedicato (SENECA Z-NET3) permette di interfacciarsidirettamente al registro dati dellamicroturbina• frequenza di campionamentomassima di 1 Hz.• Il sistema è configurato per lalettura sincrona di 64 canalianalogici• Possibilità di funzionamento“fuori mappa” Controllo esterno di alcuni parametri Flussi di combustibile, vel. di rotazione, etc. Sicurezza garantita dalla verifica sui parametri di controlloimposti dall’impianto
  • 10. Funzionamento Multifuel• Progettato per miscele gassose composte da CH4, H2, N2, CO2• Centrale di decompressione–Fino a portata nominale di100 Nm3/h–Valore di targa (gas naturale) 40 Nm3/h• Flessibilità–Stazione di miscelamento ternaria/quaternaria di gas compressi–Funzionamento per lungo periodo per studio condizioni operativeal variare del combustibileStima delle riserve di combustibile disponibiliprova sperimentale tipica0.001.002.003.004.005.006.007.008.009.0010.000 50 100 150 200 250t[h]P [bar](g)100kW80kW50kW60kW70kW40kW30kW90kW01020304050607080901001101201301401500 50 100 150 200 250V[Nm3]P [bar](g)V (Cond. Normali, 1bar - 0°C) [Nm3]- Pacco bombole x 12 (40l)CH4
  • 11. Combustibili UtilizzatiFuelCH4[%] H2 [%]LHV[MJ/Nm3]IW[MJ/Nm3]Natural Gas NG 35.73 53.86CH4 100 0 35.82 53.43Mix 1 98 2 35.33 53.17Mix 2 95 5 35.58 52.78Mix 3 90 10 33.35 52.13• L’ interscambiabilità di combustibili inmacchine reali viene espressa mediantel’indice di Wobbe• Un identico indice di Wobbe implica lostesso flusso energetico in ingresso aparità di temperatura, pressione, aperturavalvole e perdite di carico. Indice di Wobbe
  • 12. Rendimento Globale MGT0.2300.2400.2500.2600.2700.2800.2900.3000.310100 70 500.2880.2830.2620.2960.2920.2640.2950.2920.2650.3000.2960.2710.2770.2600.244Efficiency,ηPowerreference [kWe]GN CH4 Mix 1 Mix 2 Mix 3Rendimento al variare di carico e combustibile
  • 13. Emissioni Gassose110100100050 70 100218.080.24.66.34.96.8ppmPower[kW]Mix 1CO NOx (@ 15% di O2)110100100050 70 100152.653.65.65.94.35.5ppmPowerreference [kW]Mix 2CO NOx (@ 15% di O2)110100100050 70 100318.129.87.74.1 4.55.9ppmPowerreference [kW]Mix 3CO NOx (@ 15% di O2)110100100050 70 100293.2138.312.36.75.4 5.7ppmPowerreference [kW]CH4CO NOx (@ 15% di O2)
  • 14. Modellazione CADModello CAD tridimensionale, realizzatocon SolidWorks®, del collettoreposizionato tra recuperatore primario eturbina.Analisi dei flussi nell’elemento (divergente ecollettori) modellato con il CAD 3D. La simulazionedei flussi è stata effettuata mediante il pacchettoFlowSimulation® di SolidWorks®.
  • 15. Modellazione CombustoreCampo di motoCampo Termico
  • 16. Modellazione CFDDistribuzione della temperatura• Incremento della zona ad altatemperatura in prossimità del pilot• Leggero incremento di temperaturaall’aumentare della % di idrogeno inmiscela90% [CH4]
  • 17. Modellazione CFD: Pieno Carico[H2] 10% 20% 30% 50%
  • 18. CriticitàVariazione potere calorifico combustibileVariazione condizioni di funzionamentoQualità di combustioneRendimento EmissioniConclusioniGrazie