ALIMENTĂRI CU ENERGIE TERMICĂ (COGENERARE). APLICAŢII.

APLICAŢIA 1.

Enunţ.

Să se construiască curba clasată a sarcinii termice la nivelul SPC care alimentează cu căldură o grupare de consumatori urbani şi asimilabili acestora. Caracteristicile cererii de căldură ale grupării sunt următoarele : a) cererea maximă de căldură pentru încălzirea spaţiilor : 84 MW;b) durata perioadei de încălzire : 4100 ore;c) gradul de aplatizare al curbei de sarcină pentru încălzire : 0,48;d) cererea medie anuală de căldură pentru prepararea apei calde : 8 MW;e) durata perioadei de alimentare cu apă caldă : 8000 ore;f) gradul de aplatizare al curbei de sarcină pentru apa caldă : 0,8.

Rezolvare.

Curba clasată a sarcinii termice la sursă se construieşte pentru o perioadă egală cu un an şi va include consumul de căldură pentru încălzirea spaţiilor, consumul de căldură pentru prepararea apei calde şi pierderile de căldură pe reţeaua termică care asigură distribuţia căldurii la consumatori. Curba clasată a sarcinii termice pentru încălzirea spaţiilor se poate construi în mai multe feluri, în funcţie de elementele avute la dispoziţie. Cea mai simplă soluţie este varianta având forma unei linii frânte, definită de mai multe puncte. Pentru amplasamentele aflate pe teritoriul României, alura liniei frânte şi deci coordonatele fiecăreia dintre perechile de puncte care o definesc derivă din alura curbei clasate a temperaturii exterioare :

Durata relativă (raportată la durata perioadei de încălzire)

Cerere relativă de căldură pentru încalzirea spaţiilor

0 1Între 0,12 şi 0,18 Între 0,60 şi 0,70Între 0,47 şi 0,53 Între 0,40 şi 0,50Între 0,82 şi 0,88 Între 0,22 şi 0,32

1 Între 0,05 şi 0,151 0

După stabilirea valorilor absolute ale coordonatelor punctelor se verifică valoarea gradului de aplatizare, după care urmează trasarea liniei frânte.

În mod simplificat se poate considera că atât curba clasată a sarcinii termice pentru prepararea apei calde cât şi curba clasată a pierderilor de căldură pe reţeaua termică au forma unui trapez, ele fiind definite prin câte două puncte caracteristice. Maximul este situat în punctul 1, care corespunde duratei nule (0 ore) iar minimul în punctul 7, care corespunde duratei maxime de alimentare cu căldură (8000 ore). Pierderea de căldură maximă pe reţeaua termică corespunde punctului 1 al curbei clasate a sarcinii termice totale şi este estimată în acest caz la 6 % din sarcina termică totală nominală la sursa de căldură (valoare care include şi pierderea respectivă). Sarcinile termice relative în cele 7 puncte caracteristice sunt prezentate în tabelul de mai jos.

1

Punctul Durata (ore) Sarcina termică relativă de incălzire

Sarcina termică relativă pentru apă

caldă

Pierderile relative de

căldură 1 0 1,00 1,250 0,0602 500 0,65 1,220 0,0593 2000 0,47 1,125 0,0554 3600 0,29 1,025 0,0515 4100 0,15 0,994 0,0506 4100 0,00 0,994 0,0507 8000 0,00 0,750 0,040

Pornind de la valorile relative de mai sus se pot calcula valorile absolute ale celor trei componente ale sarcinii termice totale la sursa de producere a căldurii (SPC) care alimentează gruparea de consumatori.

Punctul Durata (ore) Sarcina termică incălzire (MW)

Sarcina termică apă caldă (MW)

Pierderi de căldură (MW)

1 0 84,00 10,00 6,002 500 54,60 9,75 5,883 2000 39,50 8,98 5,504 3600 24,40 8,16 5,105 4100 12,60 7,95 4,986 4100 0,00 7,95 4,987 8000 0,00 6,00 4,00

Pornind de la curba clasată astfel obţinută se mai pot calcula alte două mărimi importante şi anume coeficientul anual de cogenerare şi gradul mediu de încărcare a capacităţii de producţie instalată în bază în funcţie de coeficientul nominal (instalat) de cogenerare. Pentru aceasta este necesară integrarea şi calculul cantităţilor anuale de căldură corespunzătoare ordonatei fiecărui punct.

Punctul Durata (ore)

Sarcina termică totală (MW)

Cantitatea anuală de căldură (GWh/an)

1 0 100,00 269,52 500 70,23 262,13 2000 53,98 241,84 3600 37,66 196,15 4100 25,53 149,46 4100 12,93 97,77 8000 10,00 80,0

Integrarea curbei clasate astfel construite presupune calculul unor suprafeţe aflate în interiorul curbei de sarcină sau exterioare acesteia. Calculul acestor suprafeţe se poate face pornind de la faptul că suprafeţele respective sunt figuri geometrice simple (triunghiuri, dreptunghiuri, trapeze).

Coeficientul anual de cogenerare se calculează pe baza valorilor cantităţilor anuale de căldură aferente ordonatei fiecărui punct caracteristic (1 – 8). Gradul mediu de încărcare a capacităţii de producere a căldurii instalată în bază se calculează utilizând aceleaşi valori.

Valorile celor doi indicatori, împreună cu valoarea sarcinii termice totale la sursă, sunt prezentate în tabelul de mai jos.

Cantitatăţile anuale de căldură pentru încălzirea spaţiilor, pentru prepararea apei calde, pierderile anuale de căldură pe reţeaua termică şi sarcina termică totală anuală a SPC sunt egale cu 165,5 GWh/an, 64 GWh/an, 40 GWh/an şi respectiv 269,5 GWh/an.

Gradul de aplatizare a curbei de sarcină pentru încălzirea spaţiilor este de circa 48 % iar pentru sarcina termică totală el este de 33,7 %.

2

Punctul Durata (ore) Coeficientul nominal de cogenerare

Coeficientul anual de cogenerare

Gradul mediu de încărcare a

capacităţii instalate în bază

1 0 1,000 1,000 0,3372 500 0,702 0,972 0,4663 2000 0,540 0,897 0,5604 3600 0,377 0,727 0,6515 4100 0,255 0,554 0,7316 4100 0,129 0,362 0,9457 8000 0,100 0,297 1,0008 8000 0 0 1,000

3

APLICAŢIA 2.

Enunţ.

O grupare de consumatori de căldură de tip urban prezintă o cerere ale cărei principale caracteristici sunt următoarele :- cererea maximă de căldură egală cu 200 MW;- durata alimentarii cu energie termica egala cu 8000 ore/an;- energia termică consumată într-un an este egală cu 560 GWh/an.

Curba de sarcină clasată care include atît consumul net al grupării cît şi pierderile de căldură aferente transportului şi distribuţiei este caracterizată prin următoarea relaţie între coeficientul nominal şi coeficientul anual de cogenerare :

Coeficientul nominal de cogenerare αn 0,15 0,30 0,40 0,55Coeficientul anual de cogenerare αa 0,40 0,60 0,75 0,90

Pentru alimentarea centralizată cu căldură a grupării se studiază varianta de echipare în care

SPC este o centrală de cogenerare. În această variantă de echipare, instalaţia de bază constă într-un ansamblu de tip ITA alcătuit dintr-un cazan de abur energetic, o turbină cu abur cu contrapresiune simplă şi anexele lor. Caracteristica energetică a ansamblului ITA (cazan de abur + turbină cu abur + anexe) este următoarea :

Puterea electrică nominală a turboagregatului asigură un coeficient nominal (instalat) de cogenerare egal cu 0,3 capacitatea instalată (nominală) de producere a căldurii în bază fiind egală cu 60 MW. Capacitatea instalată de producere a căldurii în vîrf este egală cu 174 MW, constînd în 3 CAF a cîte 58 MW fiecare. Randamentul mediu anual al instalaţiei de vîrf se consideră egal cu 88 %. Pentru varianta de echipare a SPC propusă mai sus să se calculeze :1) puterea electrică maximă la bornele generatorului electric antrenat de turbină;2) randamentul nominal brut de producere a energiei electrice;3) indicele de cogenerare nominal;4) gradul de recuperare pentru sarcina nominala a ITA;5) randamentul cazanului de abur pentru sarcina nominală a ITA;6) tipul şi mărimea capacităţii de producere a energiei de rezervă instalate în SPC;7) energia electrică şi energia termică produse şi livrate anual la gard;8) consumul anual de energie primară al SPC;9) economia de energie primară realizată prin producerea combinată a energiei electrice şi termice în SPC în comparaţie cu producerea separată a energiei electrice într-o CTE al cărei randament global net este egal cu 45 % şi a energiei termice într-o CT al cărei randament global net este egal cu 0,87 %. 10) randamentul global brut şi randamentul global net al SPC.

Pentru SPC propusă, consumurile proprii tehnologice relative de energie electrică şi termică sunt 0,08 şi respectiv 0,02. Produsul între randamentul mecanic nominal al turbinei cu abur şi randamentul nominal al generatorului electric se va considera egal cu 0,96.

Rezolvare.

Caracteristica energetică a ansamblului instalaţiei de bază (cazan de abur, turbină cu abur cu contrapresiune, generatorul electric antrenat şi anexele) include următoarele mărimi : - puterea electrică la bornele generatorului Pe, exprimată în MW; - consumul de energie primară (energia intrată cu combustibilul ars la cazan sub formă de putere calorifică) QBb, exprimat în MW;

4

- puterea termică conţinută de aburul ieşit din contrapresiunea turbinei cu abur Qcg, exprimată în MW.

Puterea electrică nominală (maximă) la bornele generatorului se deduce din caracteristica energetică a ansamblului ITA :

Randamentul nominal brut (la borne) de producere a energiei electrice se deduce în acelaşi fel, utilizînd caracteristica energetică :

În relaţia de mai sus, QBbn este consumul nominal de energie primară al ITA (care este instalaţia de bază a SPC) şi este egal cu 94,74 MW. Indicele de cogenerare nominal realizat de turbina cu abur cu contrapresiune se deduce în acelaşi fel, utilizînd caracteristica energetică :

În relaţia de mai sus Qcgn este puterea termică nominală (maximă) produsă în regim de cogenerare (conţinută de aburul extras din contrapresiunea turbinei cu abur şi destinat alimentării consumatorului de căldură). Gradul de recuperare al căldurii evacuate din ciclul termic al oricărei ITA cu contrapresiune este egal cu 100 %.

Randamentul cazanului de abur poate fi estimat din bilanţul energetic simplificat al instalaţiei de bază în felul următor :

În relaţia de mai sus, reprezintă pierderile de căldură ale cazanului de abur în regimul nominal de funcţionare iar ηmgn este produsul între randamentul nominal al generatorului electric şi randamentul mecanic nominal. Este clar că în aceste relaţii se consideră în mod simplificat că toate pierderile de căldură ale ciclului termodinamic, altele decît cele reprezentate prin ηmgn sunt asociate cazanului de abur.

Datorită faptului că SPC este sursă de căldură pentru alimentarea unor consumatori urbani, produsul principal este energia termică. Prin urmare, din punctul de vedere al destinaţiei ITA, energia electrică este un produs secundar, dar cu o valoare energetică şi economică mai mare decît energia termică. Energia electrică este produsă în scopul de a îmbunătăţi performanţele economice şi financiare ale unităţii de producţie. Din acest motiv, capacităţile de producţie de rezervă nu pot fi decît capacităţi de producere a căldurii. Capacitatea totală de producere a căldurii (bază plus varf) este egală cu 60 + 3 * 58 = 234 MW. Cererea maximă de căldură fiind egală cu 200 MW, capacitatea de rezervă este egală cu 34 MW.

În enunţul problemei se dă valoarea cantităţii anuale de căldură care trebuie livrată la gardul SPC Q = 560 GWh/an. Cantitatea de energie termică produsă într-un an Qp este mai mare decît Q, deoarece SPC are şi un consum propriu tehnologic de căldură sub o formă neprecizată.

În relaţia de mai sus, este consumul propriu tehnologic relativ de căldură al CET (SPC) iar Q este cantitatea de căldură livrată anual la gardul SPC. Energia electrică produsă de către SPC

într-un an este proporţională cu sarcina termică medie anuală în contrapresiune a ITA, notată :

5

În relaţia de mai sus τac este durata anuală a alimentării cu căldură, egală cu 8000 ore/an, este puterea electrică medie anuală produsă la borne, Ep este energia electrică produsă la borne, E este

energia electrică livrată la gard iar este consumul propriu tehnologic relativ de energie electrică al CET (SPC). Consumul de energie primară al instalaţiei de bază (ITA) rezultă tot din caracteristica

energetică, cu ajutorul căreia se calculează consumul de energie primară mediu anual :

Consumul anual de energie primară al instalaţiei de varf şi consumul total de energie primară al SPC sunt obţinute din relaţiile :

Pentru calculul economiei de energie primară realizată de SPC prin producerea combinată a energiei electrice şi termice în raport cu producerea separată a energiei electrice într-o CTE şi a energiei termice într-o CT trebuie cunoscute consumurile anuale de energie primară ale CTE şi CT, care se obţin cu relaţiile :

Economia de energie primară în valoare absolută şi cea în valoare relativă se obţin din

relaţiile de principiu :

Randamentul global brut şi respectiv randamentul global net al SPC se obţine din relaţiile :

Observaţie : Consumurile proprii tehnologice ale CTE şi CT sunt incluse în mărimea dată în enunţ a randamentului global net al fiecăreia dintre ele.

APLICAŢIA 3.

Enunţ.

6

Un bloc energetic alcătuit dintr-un cazan de abur, o turbină cu abur cu condensaţie şi o priză reglabilă şi anexele acestora este instalat şi funcţionează ca instalaţie de bază unică într-o CET care alimentează un grup de consumatori de căldură de tip urban. Turbina cu abur este de tipul cu o supraîncălzire intermediară, avînd parametrii aburului 186 bar, 540/540 oC. În regim nominal de funcţionare, temperatura apei de alimentare este egală cu 260 oC. Pentru condiţiile climatice ale Romaniei, presiunea de condensaţie este cuprinsă între 0,07 şi 0,09 bar, deoarece în cazul grupurilor energetice de cogenerare cu abur, părţii reci a ciclului termodinamic i se acordă încă din faza de proiectare mai puţină importanţă. Debitul nominal al cazanului de abur se consideră egal cu 125 kg/s.

Să se determine performanţele blocului energetic în cele trei regimuri caracteristice de funcţionare (condensaţie pură, putere maximă şi cogenerare maximă). Performanţele cazanului de abur vor fi considerate pentru cazul în care acesta utilizează combustibil gazos de calitate superioară (gaz natural).

Rezolvare.

Estimarea performanţelor unui bloc energetic cu caracteristicile de mai sus, a cărui putere nominală este cel puţin egală cu 120 MW se poate face recurgînd fie la caracteristica energetică, fie la calculul aproximativ sau exact al circuitului termic. Caracteristica energetică se obţine în mod normal prin măsurători efectuate pe instalaţia respectivă sau pe una identică cu ea. Calculul termic este uşor de realizat numai pentru regimul sau regimurile nominale de funcţionare, sarcinile parţiale fiind mai dificil de abordat prin calcul de altcineva decît constructorul echipamentelor respective.

Calculul termic se poate face pentru schema termică reală sau pentru o schemă termică echivalentă. Scema termică reală a unui bloc energetic cu abur cu supraîncălzire intermediară are de regulă şapte preîncălzitoare regenerative (trei PIP, trei PJP şi un degazor termic), în timp ce schema termică echivalentă are cel mult trei preîncălzitoare regenerative echivalente.

Pentru calculul circuitului termic se va adopta o scemă termică echivalentă a blocului energetic amintit avînd trei prize de preîncălzire regenerativă şi anume una din supraîncălzirea intermediară rece, a doua din corpul de medie presiune şi a treia din priza reglabilă urbană. După stabilirea entalpiilor fluidului de lucru în fiecare dintre punctele caracteristice ale schemei echivalente se trece la calculul debitelor specifice de abur consumate pentru preîncălzirea regenerativă. Pe baza acestora se pot calcula apoi indicatorii specifici ai ciclului termic.

În cazul unei turbine cu abur cu condensaţie şi una sau chiar cu două prize reglabile, una dintre soluţiile de a simplifica calculul termic constă la început în separarea efectelor şi apoi în suprapunerea efectelor fiecăruia dintre fluxurile de căldură majore evacuate din ciclul termodinamic.

Din ciclul termodinamic al unei turbine cu condensaţie şi două prize reglabile ies trei astfel de fluxuri iar din ciclul termodinamic al unei turbine cu condensaţie şi o singură priză reglabilă ies numai două astfel de fluxuri. Pentru fiecare dintre aceste fluxuri se stabileşte un circuit desprins din schema termică de lucru, care se calculează separat. Suprapunerea efectelor separate iniţial se face prin însumarea intrărilor şi ieşirilor fiecăruia dintre circuitele componente. Diferenţierea între circuitele componente se face cu ajutorul debitului de abur viu aferent fiecăruia dintre fluxurile de căldură majore evacuate din ciclul termodinamic.

Astfel, debitele relative de abur necesare pentru preîncălzirea regenerativă în fiecare dintre cele două circuite componente se calculează astfel :

7

Utilizînd aceste valori se pot calcula indicatorii pentru fiecare dintre circuitele componente în felul următor :

Bilanţul energetic pentru fiecare dintre cele două circuite este următorul :

Dacă bilanţul nu se închide, există o greşeală de calcul. Puterea electrică şi debitul de abur viu

pentru un anumit regim de funcţionare al turbinei se determină prin însumare astfel :

Calculul se poate efectua în acest fel numai pentru regimurile nominale sau cele apropiate de nominal, în care regimul de presiuni din turbină este aproximativ acelaşi, deci şi entalpiile aburului şi apei din fiecare punct caracteristic al schemei sunt aceleaşi. Cele trei regimuri caracteristice de funcţionare ale unei turbine cu condensaţie şi o priză reglabilă sunt cogenerare maximă, condensaţie maximă şi putere maximă la borne.

Avînd în vedere faptul că, în regimul de cogenerare maximă, prin CJP trece debitul minim de abur, entalpiile aburului pe această porţiune sunt diferite de cele estimate pentru cazul în care debitul de abur prin CJP este maxim. Acest fapt conduce la o eroare de circa 1 – 2 % la valoarea puterii calculate la bornele generatorului electric.

Rezultatele calculului termic pentru cele doua circuite termice componente :

8

Nr. Denumirea marimii calculate pentru fiecare dintre UM Regimul de funcţionare :crt. cele doua cicluri termice echivalente componente   condensaţie cogenerare

1 Entalpia aburului viu la ieşirea din cazanul de abur kJ/kg 3380 33802 Entalpia aburului viu la intrarea în CIP kJ/kg 3360 33603 Entalpia aburului la ieşirea din CIP kJ/kg 3050 30504 Entalpia aburului la intrarea în SII kJ/kg 3035 30355 Entalpia aburului la ieşirea din SII kJ/kg 3535 35356 Entalpia aburului la intrarea în CMP kJ/kg 3520 35207 Entalpia aburului la ieşirea din CJP kJ/kg 2375 23758 Entalpia condensatului principal la ieşirea din condensator kJ/kg 150 1509 Entalpia condensatului principal la intrarea în degazor kJ/kg 400 400

10 Entalpia condensatului principal la ieşirea din degazor kJ/kg 735 73511 Entalpia condensatului principal dupa PA kJ/kg 775 77512 Entalpia apei de alimentare la intrarea în cazan kJ/kg 1025 102513 Entalpia condensatului secundar la ieşirea din PIP kJ/kg 1050 105014 Entalpia aburului la a doua priză regenerativă kJ/kg 3150 315015 Entalpia aburului la a treia priză regenerativă kJ/kg 2750 275016 Entalpia condensatului secundar la ieşirea din SB kJ/kg 450 45017 Entalpia condensatului secundar la ieşirea din PJP kJ/kg 450 45018 Randamentul termic al cazanului de abur - 0.915 0.91518 Randamentele masinii (mecanic + generator) - 0.985 0.98519 Debitul relativ de abur la prima priza echivalenta - 0.125 0.12520 Debitul relativ de abur la a doua priza echivalenta - 0.092 0.07821 Debitul relativ de abur la a treia priza echivalenta - 0.085 0.08722 Puterea termica preluata de la cazanul de abur kJ/kg 2792.5 2792.523 Puterea interna produsa de turbina cu abur kJ/kg 1208.5 952.624 Puterea termica evacuata din ciclul termic motor kJ/kg 1577.8 1833.625 Pierderile de caldura ale ciclului termic motor kJ/kg 46.3 46.326 Puterea termica intrata la PA kJ/kg 40.0 40.027 Total putere termica intrata in ciclul termic kJ/kg 2832.5 2832.528 Total putere termica iesita din ciclul termic kJ/kg 2832.5 2832.529 Randamentul termic al ciclului motor component - 0.433 0.34130 Indicele de cogenerare - 0.000 0.520

Nr. Caracteristici tehnice ale ITA UM Valoare1 Debitul maxim de abur intrat in CIP al turbinei kg/s 125.02 Debitul maxim de abur iesit din CJP al turbinei kg/s 70.03 Debitul minim de abur iesit din CJP al turbinei kg/s 8.04 Debitul maxim de abur extras din priza reglabila kg/s 90.5

Nr. Denumirea marimii calculate pentru fiecare dintre UM Valoarea in regimul :  

crt. Regimurile de functionare caracteristice ale blocului.   Condensaţie CogenerarePutere maximă

31 Debitul de abur intrat in CIP al turbinei kg/s 100.3 125.0 125.032 Debitul de abur iesit din CJP al turbinei kg/s 70.0 8.0 70.033 Debitul de abur extras la priza reglabila kg/s 0.0 90.5 19.734 Debitul de abur intrat in CIP in ciclul de cogenerare kg/s 0.0 113.5 24.735 Debitul de abur intrat in CIP in ciclul de condensatie kg/s 100.3 11.5 100.336 Puterea termica intrata in ciclu la cazanul de abur MW 280.2 349.1 349.137 Puterea electrica produsa la borne MW 119.4 120.2 142.638 Puterea termica produsa in cogenerare MW 0 208.2 45.2

9

39 Randamentul brut de producere a energiei electrice - 0.390 0.315 0.37440 Randamentul global brut al blocului energetic - 0.390 0.861 0.492

APLICATIA 4.

10

Enunţ.

O instalaţie de turbină cu gaze (ITG) având puterea electrică nominală egală cu 12 MW utilizată într-o schemă de cogenerare este cuplată cu un cazan recuperator cu ardere suplimentară (CRAS). Combustibilul utilizat la camera de ardere a ITG este gazul natural, având următoarele caracteristici : a) puterea calorifică inferioară 36 MJ/mcn;b) volumul specific teoretic de aer de ardere 9,7 mcn/mcn;c) volumul specific teoretic de gaze de ardere 10,7 mcn/mcn.

Ciclul termodinamic al ITG este caracterizat de următoarele temperaturi în punctele caracteristice : a) temperatura aerului aspirat de compresor 10 oC;b) temperatura aerului refulat de compresor 400 oC;c) temperatura gazelor de ardere la intrarea în turbină 1000 oC;d) temperatura gazelor de ardere la ieşirea din turbină 530 oC.

În regimul nominal de funcţionare (ITG fiind încărcată la sarcina electrică nominală) şi fără ardere suplimentară, temperatura gazelor de ardere la ieşirea din CRAS este de 105 oC. CRAS produce apă fierbinte, temperatura cu care intră agentul termic secundar la sarcina termică nominală fiind egală cu 75 oC.

Compoziţia aerului se consideră a fi 78,5 % azot, 20,5 % oxigen şi 1 % vapori de apă. Compoziţia gazelor de ardere teoretice se consideră a fi 71 % azot, 19 % vapori de apă şi 10 % bioxid de carbon.

Produsul între randamentul mecanic nominal şi randamentul nominal al generatorului electric antrenat este estimat la 96 %. Randamentul procesului de ardere din camera de ardere a ITG şi din CRAS se consideră egal cu 99 %.

Să se calculeze randamentul arderii suplimentare.

Rezolvare.

Punctele caracteristice ale instalaţiei ITG+CRAS se notează în felul următor : 1) aspiraţia aerului în compresor;2) refularea aerului din compresor şi intrarea în camera de ardere;3) ieşirea gazelor din camera de ardere şi intrarea lor în turbină;4) ieşirea gazelor de ardere din turbină şi intrarea în instalaţia de ardere suplimentară;5) ieşirea gazelor de ardere din instalaţia de ardere suplimentară şi intrarea în CRAS;6) ieşirea gazelor de ardere din CRAS.

Din cele prezentate mai sus reiese că arderea suplimentară este practicată o singură dată şi este amplasată pe fluxul gazelor de ardere înainte de intrarea acestora în zona schimbătoare de căldură a CRAS.

Într-o primă etapă trebuie determinate debitul şi compoziţia gazelor de ardere care ies din turbină în regimul nominal. Având în vedere excesul de aer existent în gazele de ardere, acestea pot fi considerate un amestec de aer de ardere în exces şi de gaze de ardere teoretice. Compoziţia gazelor de ardere este exprimată cu ajutorul coeficientului de exces de aer λ, care rezultă din relaţia :

În relaţia de mai sus este puterea calorifică inferioară a gazului natural, exprimată în

MJ/mcn, este volumul specific teoretic de gaze de ardere, exprimat în metrii cubi normali (mcn) de

gaze de ardere pentru un metru cub normal de combustibil, este volumul specific teoretic de aer de ardere, exprimat în metrii cubi normali de aer de ardere pentru un metru cub normal de combustibil,

este căldura specifică medie a gazelor de ardere în punctul k, exprimată în kJ/mcnK, este

11

căldura specifică medie a aerului în punctul k, exprimată în kJ/mcnK iar tk este temperatura în punctul k = 1 ...6, exprimată în grade Celsius.

Căldurile specifice medii se calculează în funcţie de temperatură şi de compoziţia aerului şi gazelor de ardere. Rezultatul este prezentat în tabelul de mai jos :

Temperatură (oC) Căldură specifică medie gaze

Căldură specifică medie aer

0 1,366 1,299100 1,367 1,300300 1,410 1,323500 1,447 1,348700 1,485 1,377900 1,523 1,4041100 1,557 1,429

Lucrul mecanic consumat de compresor, lucrul mecanic produs de turbină şi diferenţa lor sunt date de relaţiile :

Debitul de combustibil la camera de ardere a ITG este dat de relaţia :

Prin urmare, puterea calorifică intrată cu combustibilul în conturul de bilanţ al ITG este de circa 36 MW.

În absenţa arderii suplimentare (în regim de recuperare pură şi totală), căldura preluată de către agentul termic secundar în cazanul recuperator este căldură produsă în cogenerare :

În relaţiile de mai sus este entalpia absolută a gazelor de ardere în absenţa arderii

suplimentare în punctul k = 4, 5, 6. Pierderea de căldură a CRAS prin pereţi în regimul fără ardere suplimentară, notată , este estimată la 0,22 MW. Regimul fără ardere suplimentară este

caracterizat prin relaţia :

În cazul în care se recurge la arderea suplimentară, temperatura în punctul 5 va fi strict mai mare decât 530 oC. Presupunând că aceasta atinge valoarea de 870 oC, combustibilul consumat în acest scop este dat de relaţia :

Temperatura în punctul 6 se modifică în cazul recurgerii la arderea suplimentară datorită

creşterii temperaturii gazelor la intrarea în zona de schimb de căldură a CRAS. În ipoteza că eficienţa (ε) suprafeţei de schimb de căldură rămâne aceeaşi, temperatura în punctul 6 creşte de la 105 la 127,5 oC.

În aceste condiţii, cantitatea de căldură preluată de către agentul termic secundar (apa fierbinte) va fi dată de relaţiile :

12

În relaţiile de mai sus este entalpia absolută a gazelor de ardere după arderea suplimentară

în punctul k = 5, 6. Pierderea de căldură a CRAS prin pereţi în regimul cu ardere suplimentară, notată , este estimată la 0,35 MW. În aceste condiţii, randamentul energetic al procedeului arderii

suplimentare este dat de relaţia :

Numărătorul relaţiei de mai sus constitue efectul util net al arderii suplimentare iar numitorul constitue efectul consumat.

13